La théorie qui rend compte de la totalité des résultats expérimentaux observés jusqu’à présent en physique des particules est le Modèle Standard, une théorie quantique dans laquelle les particules sont représentées par des champs.
Dans cette théorie, les forces fondamentales sont transmises par des particules de spin entier (les bosons). Ainsi, l’interaction faible, force responsable de la désintégration β des noyaux radioactifs, est transmise par l’échange des bosons W+, W- et Z0, particules dont la masse est de l’ordre de 90 fois celle du proton, soit environ 85 GeV/c2 [1]
Dans le cadre du MS, les bosons W et Z acquièrent leur masse par un mécanisme dont la signature est l’existence d’une nouvelle particule, le boson de Higgs découvert en 2012. Le même mécanisme est à l’origine de la masse des quarks et des leptons, les particules fondamentales de la matière (également appelés fermions).
Il y a plusieurs raisons de penser que le Modèle Standard n’est pas la théorie ultime. Par exemple elle ne décrit pas la force gravitationnelle, la force la plus anciennement connue de l’homme. De plus, des résultats expérimentaux indiquent que de la matière et de l’énergie de natures inconnues (appelées matière noire et énergie sombre respectivement) sont présentes en quantité non négligeable dans l’Univers. Plus precisément, c’est 95% de notre Univers dont la nature nous échappe ! On observe aussi que l’Univers et constitué majoritairement de matière, alors que les lois du Modèle Standard suggèrent un Univers dans lequel la matière aurait dû être produite en quantité presque égale à la quantité d’antimatière.
Des théories dites de « Nouvelle Physique » sont nécessaires pour compléter le MS, qui ne serait donc qu’une théorie effective valable uniquement aux énergies accessibles jusqu’à présent, tandis qu’à plus haute énergie une Physique Exotique (appelée aussi Physique au-delà du Modèle Standard) devrait se manifester et apporter une réponse aux questions non résolues. Le potentiel de découverte à l’énergie du LHC est important, mais avant de pouvoir extraire les signaux du boson de Higgs ou de la Nouvelle Physique il faut bien maîtriser la réponse des détecteurs, ce qui implique de retrouver et de mesurer avec une grande précision les phénomènes de physique ”standards” déja connus des physiciens.
Le groupe des chercheurs et étudiants d’ATLAS au LAPP est impliqué dans l’ensemble de ces trois grands thèmes de recherche : la physique du Modèle Standard, l’étude du boson de Higgs et la recherche de la Nouvelle Physique.
[1] le GeV/c2 est l’unité de masse utilisée en physique des particules. Le GeV est l’unité d’énergie.