PARTICULES ÉLÉMENTAIRES
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Tendances de l’évolution de la physique des particules
Le modèle standard avec ses trois familles de quarks et de leptons, ses bosons vecteurs intermédiaires médiateurs d'interactions (découlant d'un principe d'invariance de jauge SU(3) * SU(2) * U(1)), et son vide, compliqué par la présence du champ de Higgs, est l'achèvement de cinquante années de recherche.
Ce cadre permet de comprendre dans ses grandes lignes la nature des interactions fortes et électrofaibles. Il permet une interprétation fidèle et prédictive des résultats expérimentaux à une résolution de l'ordre de 10–18 m.
Cette compréhension est le résultat des efforts conjugués sur les plans théoriques et expérimentaux. Cependant, la taille, le coût et les délais de construction des accélérateurs de particules et de leurs ensembles de détection ont augmenté continuellement et de façon considérable.
Les importants résultats obtenus dans le domaine de la physique des neutrinos pourraient être le signe d'une mutation profonde de la recherche expérimentale, qui mettrait plus l'accent sur la détection de phénomènes physiques naturels que sur l'expérimentation à partir de collisions de particules provoquées après un processus coûteux d'accélération. Ce domaine – parfois appelé physique des astroparticules – rajeunit la quête des rayons cosmiques dont les acquis furent si importants dans les premières décennies de la physique subatomique – avec par exemple la découverte des positons et des premiers mésons. Il se pourrait bien que les énigmes posées par les observations astrophysiques – celle de la matière sombre par exemple – rejoignent les efforts de compréhension des particules élémentaires.
Sur le plan théorique, on assiste depuis la fin des années 1970 à une certaine fuite en avant des physiciens qui multiplient les idées nouvelles sans lien avec les observations expérimentales. Citons à ce propos le concept de grande unification des interactions nucléaires et électromagnétiques, l'idée de supersymétrie, et les théories des supercordes assignant à l'Univers des dimensions supplémentaires et une géométrie compliquée et inobservable. Une fascination de la construction abstraite amène ainsi certains physiciens à des ébauches de « théorie du tout », souvent fort dépourvues de réalisme. Peut-on vraiment proposer une théorie physique sans permettre à la nature de nous indiquer si elle correspond bien à la réalité ? La cohérence mathématique d'une construction abstraite suffit-elle ? L'histoire des sciences ne nous apprend-elle pas que les grandes avancées conceptuelles résultent de la confrontation pas-à-pas des mesures expérimentales avec les idées et les calculs théoriques ?
L'histoire de la physique des particules est emblématique des progrès scientifiques réalisés dans la seconde moitié du xxe siècle grâce à une conjonction de moyens techniques considérables et d’idées novatrices. Le tournant du siècle coïncide avec une baisse du prestige de la physique et particulièrement de la physique subatomique, liée au développement d'une analyse plus critique des progrès techniques et de leurs conséquences écologiques.
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Écrit par
- Maurice JACOB : physicien au Cern, Genève, membre de l'Académie des sciences de Suède, correspondant de l'Académie des sciences de France
- Bernard PIRE : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau
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Énergie nucléaire
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