N°44- L’ODYSSÉE du ZEPTOESPACE. Voyage au cœur de la physique du LHC.
G.F. Guidice - Presse polytechnique & universitaire romande - 05/13 - 348 pages - Tout lecteur.

RÉSUMÉ : Autour de la découverte d’une nouvelle particule aux allures du boson de Higgs (04/07/12) et qui tout en confortant le modèle standard, ouvre de nouvelles perspectives aptes à bouleverser le paysage physique de nos modèles cosmologiques. Partage de cette extraordinaire aventure humaine qui prend source dans le zeptoespace.

MOTS CLÉ : symétries, champs, particules, dimensions, zeptoespace (Z).

L’AUTEUR : Gian Francesco GUIDICE, cosmologiste spécialiste de la physique des particules, est chercheur au CERN et membre du Comité d’expérimentation du LHCC et du Comité européen sur les futurs accélérateurs (ECFA).

Extraordinaire aventure humaine, prodigieuse collaboration internationale, que celle du LHC où une technologie de pointe est mise au service de la recherche fondamentale dans le Zeptoespace (10⁻²¹ m), assise sur des principes premiers destinés à lever le (la) voile sur le comportement du bateau univers. Si ce que je vous dis vous semble très clair, c’est sans doute que vous ne m’avez pas compris…

Trois points de vue, Histoire des particules, le vaisseau du (Z), les missions du (Z) forment le paysage. Les compétences de l’auteur en colorent les horizons visités où il serait malheureux d’être un atome dans un monde sans physicien !

L’histoire de la science est celle de théories et modèles (ch1) à la fois faux, mais dont on use parfois de leur utilité pour creuser le puits à étancher la soif de connaissances. Anecdotes et photos peu connues nous accompagnent dans cette quête du (Z) avec pour cadre la théorie quantique des champs, des forces remplacées par des échanges de bosons, des particules vues comme excitations de champs fluctuants. Champs quantiques comme réalité première, particules comme localisation de l’énergie du champ ! Batailles sur des infinis bien pratiques (renormalisation), ces théories de jauge véritables clés unificatrices (QED, QCD), conduisent au modèle standard (MS) où le boson de Higgs fait son nid en marge des 12 leptons de matière et des bosons d’interaction.

Dans le vaisseau du (Z) on partage les tâches de tous ces scieurs de planches ou planteurs de clous (ch2) perchés sur chacun des échelons d’une drôle échelle de Jacob (qui à commandé ça ?). A chaque niveau émergent de nouveaux phénomènes, de nouvelles propriétés. Le comment d’un niveau devient le pourquoi du suivant dans le cadre de lois qui sont bien celles de la physique. Au haut de l’échelle faut-il espérer une théorie suprême où sa seule cohérence n’exigera aucun paramètre fondamental arbitraire ? L’élémentaire impose de courtes longueurs d’onde, de grandes énergies (TeV) accessibles, outre les rayons cosmiques, dans les collisionneurs. Autour du seigneur des anneaux (LHC/16/12/94) et saigneur du contribuable (3Geuros) c’est tout cet environnement scientifique international qui est proposé au lecteur. Les 2 détecteurs principaux (ATLAS/CMS) exigent chacun les compétences de quelques 2500 physiciens issus de centaines d’universités et instituts de 65 pays sur les 5 continents. Profitant des avancées technologiques du LEP (arrêté en 2000), il constitue le projet scientifique le plus ambitieux, le plus complexe jamais conçu par l’homo technicus et dont la gestion et l’échange des données à conduit WWW (89), mis gratuitement a la disposition du public (93). Il ouvre aujourd’hui sur la Grille, véritable technologie de l’information intelligente permettant de répartir puissance de calcul, capacité de stockage et d’analyse. Il s’agit de gérer le rythme effréné des collisions (1MGo/s pour 1G événements/s). L’exploration du (Z) est gourmande d’événements qui ont très peu de chance de se produire (on aurait pu évoquer le sigma qui quantifie le résultat final publiable) ; le trigger qui gère le processus d’analyse se doit d’être très sélectif.

Les brisures de symétrie restent l’outil de prédilection sur les missions (ch3) dans le (Z).Si l’éternel mystère du monde est son intelligibilité (Einstein), il passe en science par l’analyse de régularités et le concept mathématique de symétries associées à des lois de conservation d’une grandeur physique (Noether). La symétrie est l’invariance d’un système soumis à une transformation ; les groupes (Galois/Lie) sont les composantes fondamentales de la symétrie. En rupture avec la tradition classique, les invariances, les symétries dictent à leur façon les lois de la physique. Dans le (Z), la notion préalable n’est pas la force, mais la symétrie qui fixe l’interaction. Les symétries sont des lois que les lois physiques doivent respecter et le (MS) s’appuie sur le principe fondamental que toutes les forces découlent de symétries de jauge qui imposent que tous les vecteurs soient des particules (bosons) de masse nulle. Le concept de brisure de symétrie apporte à certains leur masse (W/Z) par le mécanisme imaginé par Higgs-Englert-Brout éclairant sur la complexité d’un vide plein du champ fluctuant de Higgs et de particules virtuelles, et qui remplit tout l’espace. Avec 1% de la masse de la matière ordinaire concernée (0,2% de la masse univers), ce problème de naturalité (et de hiérarchie) aux échelles si différentes (10¹⁷) interroge sur la substance de Higgs : pourquoi est-elle si diluée alors que les particules virtuelles devrait l’épaissir ? Supersymétries, unification, dimensions supplémentaires (étendues ou déformées), technicouleur, sont les sources fécondes attendues pour creuser raison à matière noire & énergie sombre dont la constante cosmologique, appelée à devenir forme unique d’énergie, tisse ces liens cordés, avec l’univers et les multivers de la cosmologie.

Si ce que je vous dis semble clair, c’est sans doute que vous n’avez rien compris !

Émaillé de nombreuses références littéraires intéressantes, l’ouvrage bricole aussi sur les mots (maux) qui accompagnent cette aventure humaine destinée surtout à ouvrir sur les nouveaux paysages. Nous ne devons jamais cesser d’explorer. Et la fin (faim ?) de toute notre exploration sera d’arriver là où nous étions partis et de reconnaître ce lieu comme pour la première fois (foi ?). Le grand voyage du LHC vient tout juste de commencer. Il est plus à inventer qu’à découvrir et l’imagination est certainement ce chant de force qui signe (singe) au mieux la spécificité de l’espèce. Merci à tous ces auteurs de nous faire partager cette quête du réel à imaginer.

Jacques CAZENOVE - 24/06/13