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La supersymétrie change les fermions en bosons et vice versa.
© L'Internaute

Si le modèle standard s'écroulait ou montrait trop de signes de faiblesse, comment repenser la matière ? Des physiciens sont déjà sur la voie.

Supersymétrie ?

Certains penchent pour la supersymétrie. Cette théorie ne renie pas le modèle standard mais y apporte quelques modifications. Elle corrige notamment certaines des insuffisances du mécanisme de Higgs en dénombrant 5 bosons de Higgs.

La supersymétrie associe a chaque fermion du modèle standard un partenaire boson, et à chaque boson un fermion. Dans cette approche, le partenaire supersymétrique (ou superpartenaire) est une particule n'interagissant que très faiblement avec la matière.

Ces superpartenaires pourraient donc permettre de résoudre le problème de la masse cachée de l'univers, qui représente 20 % du contenu de l'Univers. Une de ces particules supersymétriques, le neutralino, pourrait à lui seul représenter toute la matière noire manquante. On appelle ces nouvelles particules des sparticules. Smuons, sélectrons, squarks… il existerait donc d'autres particules élémentaires. Reste à les trouver.

"Ces superpartenaires pourraient permettre de résoudre le problème de la masse cachée de l'Univers, qui représente 20 % du contenu de l'Univers."

Paul Colas et Boris Tuchming, chercheurs au CEA de Saclay pensent que le nouvel accélérateur du Cern, le LHC, qui entrera en service en 2007, apportera des réponses. Ils ont "bon espoir de trouver toute une collection de particules, les neutralinos de la matière noire, mais aussi des gluinos, des sélectrons, des squarks (le s signifiant super, par référence à la théorie qui les prédit, la supersymétrie)."

Aucune particule supersymétrique n'a encore été observée, mais des expériences menées au Cern les recherchent activement, et d'autres expériences au Fermilab se penchent sur les partenaires des quarks et des gluons.

Les particules et leurs doubles supersymétrique
Particules Sparticules

Bosons (messagers des interactions)

Graviton
Gluon
Photon
Bosons W, Z
Bosons de Higgs
Gravitino
Gluino
Photino
Wino, Zino
Higgsinos
Fermions
Fermions (constituants de la matière) Leptons (électron, muon, tau, neutrino)
Quarks
Sleptons (sélectron, smuon, stau, sneutrino)
Squarks
Bosons

Sous-structure ?

Autre piste : la voie de la sous-structure. Il existerait des particules encore plus petites, les préons. Ce nouveau niveau d'élémentarité déboucherait sur toute une floraison de nouvelles particules composites. Paul Colas et Boris Tuchming, "ont peu d'espoir de trouver des particules plus petites ou plus élémentaires que les quarks ou les électrons. Jusqu'ici, on n'a pas le moindre indice pour penser qu'ils ne sont pas élémentaires, et on est dans l'impossibilité de bâtir une théorie qui tienne debout avec des constituants plus petits que les quarks et les leptons. Mais après tout, on ne sait jamais et on cherchera des indices d'une sous-structure comme a chaque mise en service d'un nouvel accélérateur."

Phénomènes nouveaux ?

Les chercheurs poursuivent : "au LHC du Cern, on s'attendrait aussi à des phénomènes nouveaux où l'énergie semblerait ne pas être conservée, une partie s'échappant dans les dimensions supplémentaires. Un des prochains défis de la physique des hautes énergies est d'explorer ces dimensions supplémentaires. Il y a tout lieu de penser qu'à l'échelle microscopique l'espace a plus que 3 dimensions. Ceci permettrait d'expliquer pourquoi la force gravitationnelle apparaît beaucoup plus faible que les autres forces."

Seule l'expérience permettra de trancher entre ces options théoriques, ou de mettre en évidence une nouvelle voie. La mise en service du LHC au Cern est donc riche d'enjeux.

Et les chercheurs de conclure : "la symétrie des forces nucléaires fortes imposerait l'existence d'une nouvelle particule très légère mais très abondante, l'axion. Que sont exactement les neutrinos et pourquoi leurs masses sont ce qu'elles sont? Les protons finiront-ils par se désintégrer ? Les énigmes ne manquent pas."

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