Le Grand collisionneur de hadrons du CERN recherche des photons sombres. Mais pourquoi?

Des particules entrent en collision dans l’espoir de trouver quelque chose en rapport avec la matière noire.

Le Grand collisionneur de hadrons pourrait bientôt dévoiler les secrets des photons sombres. Faut-il avoir peur ? (Spoiler : non).

À l’été 2022, TikTok a perdu la tête en apprenant que le Large Hadron Collider – le collisionneur de particules géré par l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) dans une installation géante à la frontière entre la Suisse et la France – était sur le point d’être commuté. de retour après qu’une série de découvertes ho-hum ont conduit à sa mise hors ligne.

La préoccupation à l’époque était que la reprise des collisions de particules allait manifester divers scénarios d’apocalypse de science-fiction – vous savez, invoquer des créatures de style Stranger Things ou anéantir l’univers. Ce genre de chose. Rien de tout cela n’aurait jamais pu se produire, mais peut-être pourrait-on de toute façon qualifier ce regain d’intérêt soudain de victoire pour la science.

Eh bien, selon une déclaration du CERN du 27 décembre, certaines des découvertes du LHC issues de cette dernière série d’expériences sont prêtes à être mises à la disposition du public et concernent (lampe de poche sous la voix du menton) les photons sombres.

Que fait le CERN depuis 2022 et qu’est-ce que cela a à voir avec les photons sombres ?

La nouvelle déclaration vient du groupe travaillant sur le solénoïde compact à muons (CMS) du CERN, qui publie actuellement les données de la série d’expériences « Run 3 » qui a débuté au milieu de la folie de TikTok en juillet 2022. L’importance de Run 3 est que, grâce Suite à la pause des expériences susmentionnée, le LHC est entré dans cette phase avec de nouvelles améliorations, permettant une luminosité instantanée plus élevée par rapport aux exploitations précédentes, une caractéristique qui entraîne davantage de collisions de particules à un moment donné.

Dans les expériences analysées dans les nouvelles données, datées d’août 2023, l’équipe CMS recherchait des photons sombres dans la désintégration des bosons de Higgs – le boson de Higgs étant l’ancienne particule de baleine blanche du CERN, qu’elle a trouvée en grande pompe en 2012. Les photons sombres, s’ils existent réellement, sont de bonnes cibles pour l’expérimentation, en partie parce qu’ils sont considérés comme des particules à longue durée de vie (LLP), ce qui signifie qu’ils existent pendant plus d’un dixième de milliardième de seconde.

D’une manière générale, l’équipe CMS recherche diverses LLP, et le photon sombre ne serait qu’une de ces particules théoriques. Les LLP se désintégreraient en particules plus faciles à observer, similaires aux électrons lourds appelés muons, ce qui, si vous suivez tout le langage physique, explique pourquoi ces découvertes proviennent de l’équipe Compact Muon Solenoid.

Qu’est-ce qu’un photon sombre et pourquoi le CERN le recherche-t-il ?

En plus d’être des LLP, les photons sombres seraient également considérés comme « exotiques » (excuses pour encore plus de jargon physique), ce qui signifie qu’ils existeraient en dehors du modèle standard de la physique, le livre de règles fiable pour le comportement et les effets des particules connues. Il convient de noter que tout ce qui est « exotique » n’est pas tout à fait exotique. La gravité, par exemple, existe en dehors du modèle standard.

Les physiciens théoriciens affirment que les photons noirs seraient des particules liées à la matière noire. Dans la physique non scientifique, la matière noire n’est ni une arme, ni un carburant de distorsion, mais simplement une mystérieuse substance théorique qui n’émet pas de lumière, mais qui a néanmoins – ou semble avoir – des effets gravitationnels. Les photons noirs joueraient un rôle dans les interactions entre les particules de matière noire, similaire à celui que jouent les photons ordinaires dans l’électromagnétisme.

Le CERN a-t-il trouvé des photons sombres ?

Jusqu’à présent, les données du CERN issues de cette expérience ne contiennent pas de preuve définitive de l’existence de photons sombres. La nouvelle déclaration vante plutôt de nouvelles formes sophistiquées d’analyse des collisions de particules. Une luminosité instantanée plus élevée signifie beaucoup plus de données à analyser – à tel point, en fait, que « l’enregistrement de chaque collision consommerait rapidement tout le stockage de données disponible », selon le communiqué du 27 décembre.

Au lieu de cela, l’équipe CMS s’appuie sur un système algorithmique apparemment connu sous le nom de « déclencheur » (D’accord, essaient-ils délibérément de faire paniquer TikTok ?). Le déclencheur met en évidence uniquement les collisions potentiellement intéressantes, permettant ainsi de stocker les données conséquentes et de supprimer le reste.

Juliette Alimena, physicienne des particules travaillant sur l’expérience CMS, note dans le communiqué que le déclencheur « nous permet de collecter beaucoup plus d’événements qu’auparavant avec des muons qui sont déplacés du point de collision sur des distances allant de quelques centaines de micromètres à plusieurs mètres. Merci Grâce à ces améliorations, si des photons sombres existent, CMS a désormais beaucoup plus de chances de les trouver. »

L’absence jusqu’à présent de preuves de l’existence de photons sombres est-elle une nouvelle encore plus décevante en provenance du CERN ? Soyez le juge. Avec optimisme, on pourrait affirmer que l’absence de données révolutionnaires jusqu’à présent permet aux scientifiques du CERN de savoir où ne pas continuer à chercher. Ils peuvent alors affiner leurs modèles et poursuivre la recherche.