Le LHC pousse l’intrication quantique dans un domaine extrême : le boson de Higgs ouvre une nouvelle porte
C'est en 1901 que des expériences menées par le physicien allemand Walter Kaufmann ont montré pour la première fois que la masse de certaines particules commençait à varier de façon notable en s'approchant de la vitesse de la lumière. Il s'agissait en l'occurrence d'études menées concernant des électrons très rapides produits par la désintégration des noyaux de radium.
Beaucoup d'ingénieurs et de chercheurs ont découvert leur vocation en lisant des livres de vulgarisation scientifique. Pour maintenir l'éclosion de ces vocations, il est important de faire lire au lycée ces ouvrages écrits par des scientifiques renommés qui peuvent servir de modèles. Futura a pris part en 2024 au lancement du prix Cosmos en France, qui propose justement à des classes de lycéens de lire et de voter chaque année pour les principaux ouvrages publiés à destination du grand public intéressé par un domaine scientifique explorant le cosmos au sens large. Une autre version du prix directement dirigée pour toucher le grand public est aussi attribuée. Les prix 2026 ont été annoncés et l'un d'eux va au prix Nobel de physique français Alain Aspect !... Lire la suite
En 1905, Einstein prédisait un phénomène similaire à partir de sa théorie de la relativité restreinte et dans les décennies qui allaient suivre, les physiciens allaient constater, en portant des particules à des vitesses toujours plus importantes avec des accélérateurs, que les lois de la physique de Newton ne s'appliquaient plus à ces particules, mais celles d'Einstein oui.
Des expériences pour violer les lois de la mécanique quantique ?
On peut légitimement se demander si des violations des lois de la mécanique quantique ne se produisent pas quand on monte à des énergies suffisamment élevées, comme dans le cas des expériences de collisions de protons au LHC. C'est peut-être pour cette raison que l'on a des problèmes pour construire une théorie quantique de la gravitation quand on monte en énergie théoriquement.
Un des effets quantiques les plus fondamentaux est celui de l'existence de l'intrication quantique, bien mise en évidence par des expériences comme celle menées par le prix Nobel de physique Alain Aspect.
Mais, depuis quelque temps déjà, des mesures rendues possibles par les détecteurs Atlas et CMS permettent de tester l'existence de l'intrication quantique dans les collisions à hautes énergies du LHC.
L'intrication quantique des quarks existe, le LHC vient de la démontrer
On le sait, en physique, lorsque l'on change d'échelle, de l'infiniment petit à l'infiniment grand, ou lorsque l'on va très vite, les lois physiques prennent des formes différentes. L'intrication quantique est bien observée à des énergies ordinaires avec des photons mais se produit-elle aussi à des énergies que seul le LHC, le Grand collisionneur de hadrons, peut sonder sur Terre et avec des particules exotiques comme les quarks ? Des chercheurs viennent de répondre à cette question sondant les fondements de la mécanique quantique en utilisant le détecteur géant Atlas.... Lire la suite
Ainsi, il y a quelques années, les équipes derrière ces détecteurs avaient rendu possible la détection de l'intrication quantique entre des paires de quarks top.
Un autre documentaire sur la découverte des bosons W, au Cern, au début des années 1980. Ces bosons sont massifs en raison de l'existence supposée du mécanisme de Brout-Englert-Higgs. Voici quelques-unes des clés pour comprendre comment s'est déroulée leur découverte. © Cern
Via un article que l'on peut trouver en accès libre sur arXiv, les membres de la collaboration Atlas ont fait savoir aujourd'hui qu'ils avaient démontré l'existence de l'intrication quantique non plus entre des paires de photons, d'électrons ou de quarks, mais entre des paires de bosons Z, des cousins du photon, mais qui sont associés à la force nucléaire faible responsable de la radioactivité bêta et de certaines réactions faisant briller le Soleil avec des émissions de neutrinos. Les membres de la collaboration CMS ont trouvé des résultats similaires.
Remarquablement, ces paires, très instables (leurs désintégrations donnent elles-mêmes des paires d'électrons ou de muons), sont produites par la désintégration de bosons de Brout-Englert-Higgs.
En vidéo : il y a 40 ans, le Cern découvrait le boson W en prélude au boson de Higgs
Le 25 janvier 1983, le Cern annonçait la découverte du boson W prédit par une théorie unifiée des forces électromagnétique et nucléaire faible. C'est parce que le mécanisme de Brout-Englert-Higgs expliquait la masse de cette particule que la chasse au boson de Higgs a été lancée. La masse du boson W défie aujourd'hui la physique connue, ce que pourrait bientôt confirmer le LHC dans un futur proche.... Lire la suite
Un communiqué du Cern accompagne l'annonce de cette découverte expliquant que « ces résultats soulignent l'importance du boson de Higgs comme moyen d'étudier l'intrication quantique à haute énergie. Ils constituent également un signe prometteur des possibilités à venir avec le HiLumi LHC, où l'augmentation spectaculaire du nombre de collisions pourrait permettre d'approfondir l'étude de l'intrication quantique et d'autres phénomènes quantiques à des énergies extrêmement élevées ».
La théorie proposée au cours des années 1960 pour unifier la force électromagnétique et la force nucléaire faible qui contribue à faire briller le Soleil, la théorie dite électrofaible de Glashow-Salam-Weinberg du nom de trois prix Nobel de physique, ne marche pas sans les idées que Peter Higgs a proposées en 1964 pour rendre compte des masses des particules élémentaires comme les quarks, les leptons et surtout les bosons W et Z découverts au début des années 1980 au Cern. Peter Higgs avait notamment avancé l'existence d'une nouvelle particule portant aujourd'hui son nom mais aussi parfois celui de « particule divine », ce qui peut dérouter. Quelles sont les justifications pour les noms de cette particule quantique analogue aux photons ? Voici quelques réponses en compagnie du physicien théoricien Matthew Strassler.... Lire la suite
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