Qu’est-ce que le boson de Higgs mange en hiver et autres détails essentiels

Éditeur québécois

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Juillet 2012: le CERN, le Laboratoire européen de la physique des particules, annonçait en grande pompe la découverte du boson de Higgs. La nouvelle a fait le tour du monde. Mais combien de gens comprennent vraiment ce que c’est et pourquoi cette découverte fut suivie du prix Nobel de physique en 2013 pour les théoriciens François Englert et Peter Higgs qui en avaient prédit l’existence 48 ans auparavant? Le boson de Higgs était le chaînon manquant du modèle théorique actuel qui décrit ce qui compose toute la matière qu’on voit autour de nous. Ce livre explique comment tout cela fonctionne et le rôle du boson de Higgs. Et le livre va beaucoup plus loin car cette théorie ne s’applique qu’à la matière visible, celle qu’on trouve sur Terre, dans les étoiles et les galaxies, mais qui ne compte que pour 5% du contenu de l’Univers. Le reste, soit 95% de l’Univers, consiste en «matière sombre» et en «énergie sombre», deux entités complètement inconnues. Quelle est donc cette mystérieuse matière sombre? Comment sait-on qu’elle existe et a-t-on des chances de la découvrir bientôt? Sommes-nous à l’aube d’une grande révolution dans notre conception du monde matériel qui nous entoure?

Table des matières

Table des matières
Couverture	1
Remerciements	9
Table des matières	11
Introduction	15
CHAPITRE 1 – De quoi la matière est-elle faite ?	17
Les plus petits grains de matière	18
Encadré : La charge électrique	19
Recette de protons et de neutrons	20
Encadré : Atomes, ions, isotopes et molécules	21
Les atomes	22
Le Modèle standard	23
Les leptons	24
Encadré : La masse des neutrinos	25
Les quarks	27
Les porteurs de force	27
Les forces fondamentales	28
Encadré : Fermions et bosons	31
Et l’antimatière dans tout ça ?	33
Encadré : Expériences sur l’antimatière au CERN	34
Des particules en veux-tu, en v’là !	36
Encadré : Les fermions et le principe d’exclusion	38
La puissance du Modèle standard	39
Ce qu’il faut retenir	39
CHAPITRE 2 – Et le boson de Higgs dans tout ça ?	41
Le mécanisme de Brout-Englert-Higgs	42
Le champ de Brout-Englert-Higgs	44
Encadré : Combien de masse chaque particule acquiert-elle ?	48
D’où vient la masse de la matière ?	49
Et le boson de Higgs dans tout ça ?	50
Ce qu’il faut retenir	54
CHAPITRE 3 – Accélérateurs et détecteurs, les outils essentiels	55
Le Grand collisionneur de hadrons	57
Anticiper le futur	59
Un anneau très spécial	59
Le complexe des accélérateurs du CERN	62
Encadré : 1 TeV, est-ce beaucoup d’énergie ?	65
Les quatre grands détecteurs	66
Encadré : Le plasma de quarks et de gluons : le plus chaud et le plus cool qui soit	67
Les collisions	69
Les détecteurs	70
Les trajectomètres	72
Les aimants	76
Les calorimètres	77
Les détecteurs de muons	78
L’identification des particules	79
Le trigger	81
Ce qu’il faut retenir	83
CHAPITRE 4 – La découverte du boson de Higgs	85
Canaux de désintégration	86
Désintégration en quarks	87
Choisir entre abondance et clarté	87
Signal et bruit de fond	88
Désintégrations en quatre leptons	88
Encadré : La masse, une valeur aléatoire	89
Canaux de désintégration plus complexes	92
Encadré : Simulations d’évènements et calibration	93
Comment ne pas fausser les résultats	96
Méthodes statistiques	97
Recette de sirop de boson	98
Marges d’erreur	99
La dernière ligne droite	100
Découverte	101
Prix Nobel	105
Encadré : Un moment inoubliable	107
Ce qu’il faut retenir	111
CHAPITRE 5 – La face cachée de l’Univers	113
La matière sombre : invisible, mais très présente	114
Galaxies en rotation	116
Lentilles gravitationnelles	117
Collision de deux amas galactiques	120
Encadré : Le tout début de l’Univers	123
Quand l’Univers devint transparent	124
Fond diffus cosmologique	125
Évolution de l’Univers	127
Matière sombre et graines de galaxies	128
Simuler la formation de l’Univers	129
Les preuves de l’existence de la matière sombre	131
Deux hypothèses à écarter	131
Comment mettre la main sur la matière sombre	133
À la recherche de mémères	135
Pluie de matière sombre	137
Signaux inexpliqués venus de l’espace	141
La matière sombre au Grand collisionneur de hadrons (LHC)	144
Production de matière sombre au LHC	144
Voir l’invisible	146
Évènement à un seul photon	147
Beaucoup d’énergie manquante	149
Et si le boson Higgs était relié à la matière sombre ?	150
L’essentiel à retenir	152
CHAPITRE 6 – Au-delà du Modèle standard – SUSY à la rescousse	153
Le Modèle standard : une belle théorie… défectueuse	154
La Supersymétrie : une théorie alléchante	160
Quelqu’un a-t-il vu mes particules supersymétriques ?	162
De nombreux paramètres et plusieurs modèles	164
Avancées théoriques	165
Signature d’une particule supersymétrique au LHC	166
Le boson de Higgs est-il un boson supersymétrique ?	168
Encadré : Des mondes parallèles	171
Ce qu’il faut retenir	173
CHAPITRE 7 – Qu’est-ce que la recherche fondamentale met dans nos assiettes ?	175
Retombées économiques	177
Contribuer au développement technologique	178
Encadré : Le plus beau cadeau du CERN	180
Former une main-d’oeuvre hautement spécialisée	182
Promouvoir la paix et la collaboration internationale	183
Transfert des connaissances	186
Petite aide fait grand bien	186
Applications en médecine et ailleurs	188
Encadré : Une nouvelle arme contre le cancer	189
Encadré : De l’énergie nucléaire propre et sécuritaire	193
Ce qu’il faut retenir	196
CHAPITRE 8 – Les expériences du CERN : un modèlede gestion et de coopération unique	197
Un seul objectif commun	200
Se donner les outils nécessaires	200
Partir de l’objectif principal	202
Se doter des outils nécessaires	204
Un immense pique-nique scientifique	205
Qui fait quoi ?	207
Motivation et tolérance	209
Encadré : Un petit monde	212
Une vie consacrée à la recherche	214
Modèle démocratique	215
Collaboration et compétition	215
Ce qu’il faut retenir	216
CHAPITRE 9 – Diversité en physique	217
Les physiciennes au CERN	218
Encadré : Analyse des résultats	221
Discrimination à l’embauche	226
Encadré : Comment attirer, embaucher et retenir les minorités en science	227
Les femmes sont-elles traitées sur un pied d’égalité ?	230
La communauté LGBT+	233
Diversité raciale au CERN	235
Encadré : Les femmes et le prix Nobel de physique	237
Ce qu’il faut retenir	239
CHAPITRE 10 – Quelles seront les prochaines grandes découvertes ?	241
Prédiction no 1 : Découverte de la Supersymétrie	241
Encadré : La stratégie du LHC pour les 20 prochaines années	242
Prédiction no 2 : Déterminer la nature exacte du boson de Higgs	247
Prédiction no 3 : Une brèche dans le Modèle standard	248
Prédiction no 4 : Un peu de lumière sur la matière sombre	249
Le futur à moyen et long terme	251
L’essentiel à retenir	253
Épilogue	255
ANNEXE A – Statistiques complètes sur la proportion de femmes parmi les utilisateurs et utilisatrices du CERN	257
ANNEXE B – Le rôle de Mileva Marić Einstein	263
Index	279
Quatrième de couverture	282

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