Peut-on remonter le temps jusqu’au big bang ?

Peut-on remonter le temps jusqu’au big bang ? Particules et interactions (forces) fondamentales de la nature Naissance de l’Univers selon la théorie du «big-bang» Accélérateurs de particules concentrations d’énergie proches de celles mises en jeu dans les premiers instants de l’Univers Principe de l’expérimentation : exemple des collisions e+ e- au LEP Trois résultats marquants obtenus ces dernières années Vers l’unification des interactions fondamentales ? Conclusions et perspectives

Les constituants élémentaires de la matière

Les quatre interactions de la nature sont décrites par l’échange de particules

Le big-bang

E=mc 2 : annihilation  création de particules connues, nouvelles

ACO (Anneau de Collisions d'Orsay) 1964 E ≈ 1GeV 22 m LEP (Large Electron Positron Collider) 1989 E ≈ GeV 27 km

le LEP le tunnel du LEP

Comment enregistrer le passage des particules

Investigation expérimentale et théorique Mesurer précisément le maximum de particules produites énergie quantité de mouvement (champ magnétique) masse durée de vie Remonter à l'interaction fondamentale à travers un modèle p. ex. quel type de quarks ? Confronter les résultats de mesures aux prédictions de la théorie ou de plusieurs théories confirmer infirmer améliorer Forte statistique  précision Monter l’énergie  exploration «événement» quark-antiquark ≈ 20 particules chargées ≈ 20 particules neutres {

Déroulement, organisation d'une expérience au LEP Exemple : DELPHI conception, 1ère étude projet :3 ans construction :4 ans exploitation, prise de données :10 ans collaboration internationale :≈ 50 instituts nombre de physiciens :≈ coût du LEP : ≈ 600 millions d’euros coût d'une expérience : ≈ 5 0 millions d’euros organisation, spécialisation

Que voit-on typiquement ?

Une des 250 publications de DELPHI RÉSULTAT DE LA MESURE :  s = 0,118 ± 0,002  s = 0,118 ± 0,002 (moyenne du LEP) (moyenne du LEP)

Vers l’unification des interactions fortes, faibles et électromagnétiques ?

Une hypothèse : la super-symétrie

Combien de types de neutrinos ? N = 2,989  0,012 ( moyenne du LEP ) ( moyenne du LEP )

Validation du modèle standard Propriétés du modèle standard vérifiées avec une précision de 0,1%, sur l’ensemble des observables faisant intervenir les vecteurs de l’interaction faible (bosons Z ou W) :  taux de production  distributions angulaires  en fonction de l’énergie A ce niveau de précision, le calcul des prédictions doit aussi faire intervenir des échanges multiples de particules lourdes, non accessibles directement au LEP : T19

Contraintes apportées par les mesures de précision Le LEP a mesuré indirectement la masse du quark top avant sa découverte au FNAL :  Masse du quark top = 168  8  18 GeV (détermination indirecte au LEP)  Masse du quark top = 174  5 GeV (mesure directe au FNAL ) … et contraint également la masse du boson de Higgs : Masse du boson de Higgs  196 GeV (détermination indirecte au LEP) Masse du boson de Higgs  113 GeV (recherche directe au LEP ) (limites à 95% de probabilité) T20

Conclusions Confirmation précise et cohérence interne de la théorie électro-faible Unification des interactions 3 familles de neutrinos Propriétés des quarks et leptons les plus lourds ( , charme, beauté) Physique lourde, ambitieuse et internationale Buts fondamentaux, mais savoir-faire et retombées technologiques Perspectives Origine et hiérarchie des masses ? Asymétrie matière-antimatière ? Unification des interactions ? Et la gravitation ? AUTRES PROJETS e  e  : Collisionneurs Linéaires ( GeV) ( en cours et à venir ) protons : Tevatron (1000 GeV), LHC (14000 GeV) usines : Beauté, Charme, Tau T21