« Le LHC est déjà proche de ses performances maximales et les plans pour les nouveaux collisionneurs qui pourraient le surpasser sont à un stade très préliminaire. En outre, leur construction atteint des coûts prohibitifs et sera surtout très longue » (Photo: le CMS - Compact Muon Solenoid (solénoïde compact à muons) - au CERN. RICHARD JUILLIART / AFP

Par Adam Falkowski, chargé de recherche au CNRS, au Laboratoire de physique théorique d’Orsay

A l’été 2012, deux expériences internationales travaillant sur le Large Hadron Collider (LHC), l’accélérateur de particules de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), près de Genève, ont annoncé la découverte du Boson de Higgs – la dernière des particules prédites par la théorie des interactions fondamentales, baptisée « modèle standard ».

Depuis, la machine a augmenté de 60 % l’énergie de collision des protons. Début août, les mêmes équipes ont révélé leurs derniers résultats fondés sur un grand nombre de collisions à haute énergie. La réaction la plus courante chez les théoriciens de la physique des particules a été la consternation.

Contrairement aux attentes, ces nouveaux résultats confirment spectaculairement les prédictions du modèle standard. Cela est d’autant plus décevant que des résultats préliminaires diffusés, fin 2015, semblaient indiquer l’existence d’une nouvelle particule – la désormais tristement célèbre « résonance à deux photons de 750 GeV ».

Une telle particule ne fait pas partie du modèle standard et aurait pu être un signe annonciateur d’une percée en physique fondamentale. Malheureusement, le signal de cette nouvelle particule s’est évaporé à mesure que les données s’accumulaient.

Nous avons cruellement besoin d’un indice

On pourrait penser que disposer d’une théorie cohérente qui décrit parfaitement les données expérimentales suscite la célébration plutôt que la consternation. Pourquoi n’est-ce pas le cas ? La raison principale est que nous savons que le modèle standard n’est pas le nec plus ultra de la théorie, car il ne rend pas compte de certains phénomènes (notamment, l’existence de la matière noire ou l’absence de grandes quantités d’antimatière).

Par conséquent, il doit exister une théorie encore plus fondamentale qui se manifeste aux très hautes énergies. Les physiciens ont proposé de nombreuses théories candidates, mais actuellement nous ne disposons pas de critères fiables pour juger laquelle, le cas échéant, est la bonne. Nous avons cruellement besoin d’un indice pour nous aiguiller sur la bonne voie.

Il existe des arguments esthétiques et théoriques suggérant que beaucoup de nouvelles particules, hors du modèle standard, devraient être découvertes au LHC, ce qui nous donnerait des indications précieuses sur la forme de cette théorie au-delà du modèle standard. Malheureusement, jusqu’à présent ces attentes ne sont pas confirmées, et les physiciens des particules restent dans l’obscurité.

Les expériences ne sont certes pas encore terminées. La machine fonctionnera pendant au moins quinze ans. Une découverte peut se produire à tout moment. Néanmoins, les questions sur l’avenir de la physique des particules se posent déjà.

La possibilité que le LHC ne découvre rien de non prédit par le modèle standard est souvent dénommée le « scénario du cauchemar

A mon avis, ce sentiment d’inquiétude est parfaitement légitime dans la situation actuelle. La possibilité que le LHC ne découvre rien de non prédit par le modèle standard est souvent dénommée le « scénario du cauchemar ». Dans les expériences précédentes, c’est généralement au début des opérations dans les accélérateurs que les découvertes ont été faites. D’où le sentiment que ce scénario cauchemardesque se rapproche à chaque jour qui passe.

Jusqu’à présent, le moyen le plus efficace pour révéler les secrets fondamentaux de la nature a été d’augmenter l’énergie des collisions de particules. Mais le LHC est déjà proche de ses performances maximales et les plans pour les nouveaux collisionneurs qui pourraient le surpasser sont à un stade très préliminaire. En outre, leur construction atteint des coûts prohibitifs et sera surtout très longue. Beaucoup de physiciens pourraient ne pas voir durant leur carrière les collisions de particules à des énergies nettement supérieures à celles du LHC. Par conséquent, il peut être judicieux de se préparer au scénario pessimiste, où le cauchemar deviendrait réalité.

Identifier les meilleures voie

Quelle serait la meilleure stratégie ? Intensifier les efforts pour construire un plus grand accélérateur ? Différer l’exploration des hautes énergies jusqu’à ce que de meilleures technologies de collisionneurs soient développées ? Investir dans des expériences à plus petite échelle, nécessitant moins d’énergie, mais pouvant tester le modèle standard avec une précision encore plus élevée ?

Je n’ai pas de réponses parfaites à ce stade, mais une réflexion devrait commencer dès que possible afin d’identifier les meilleures voies. La communauté pourrait être tentée d’éluder de telles discussions et faire comme si de rien n’était. Ce serait très dangereux et pourrait conduire à un flétrissement de la recherche en physique des particules.

Les expérimentateurs ne sont pas les seuls concernés, les théoriciens aussi sont à la croisée des chemins. Un grand nombre de travaux importants et solides ont déjà été effectués ces dernières décennies. Cependant, de manière disproportionnée, de gros efforts ont été réalisés dans des théories spéculatives, que ce soit la supersymétrie, les dimensions supplémentaires, la théorie technicolor ou la théorie des cordes.

Même si la spéculation est toujours vitale pour la recherche en physique, mon impression est que l’équilibre a été un peu perdu. De nombreux chercheurs, des plus jeunes comme des plus âgés, pourraient bientôt réaliser que leur production scientifique n’a rien à voir avec l’Univers dans lequel nous vivons. Ce n’est pas une situation acceptable en physique.

Encore une fois, il n’y a pas de réponses claires sur les directions que doit prendre la physique des particules, mais une discussion sérieuse doit commencer et de nouvelles priorités doivent être définies.

Adam Falkowski est l’auteur du blog de physique Resonaances.blogspot.fr.

Adam Falkowski(Chargé de recherche au CNRS, au Laboratoire de physique théorique d’Orsay) et Adam Falkowski (Chargé de recherche au CNRS, au Laboratoire de physique théorique d’Orsay)