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.

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

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3 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

4 Les constituants élémentaires de la matière

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

6 Le big-bang

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

8 ACO (Anneau de Collisions d'Orsay) 1964 E ≈ 1GeV 22 m LEP (Large Electron Positron Collider) 1989 E ≈ 100-200 GeV 27 km

9 le LEP le tunnel du LEP

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11 Comment enregistrer le passage des particules

12 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 {

13 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 :≈ 400 - 500 coût du LEP : ≈ 600 millions d’euros coût d'une expérience : ≈ 5 0 millions d’euros organisation, spécialisation

14 Que voit-on typiquement ?

15 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)

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

17 Une hypothèse : la super-symétrie

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

19 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

20 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

21 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 (500-2000 GeV) ( en cours et à venir ) protons : Tevatron (1000 GeV), LHC (14000 GeV) usines : Beauté, Charme, Tau T21