Après vingt ans de travail, plus de sept mille physiciens du monde entier ont assisté, mercredi dernier près de Genève, au lancement du LHC, le grand collisionneur de hadrons (voir en encadré), la machine expérimentale la plus imposante et la plus puissante jamais construite par l'homme. Pour permettre à l'humanité de « savoir d'où elle vient, où elle va et si l'univers a une fin », selon Robert Aymar, le directeur général de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), les chercheurs ont provoqué, dans cet anneau souterrain de 27 kilomètres de circonférence, des collisions frontales entre des particules de matière (protons ou ions de plomb) à des niveaux d'énergie encore jamais atteints. Voyageant quasiment à la vitesse de la lumière, ils ont été injectés, accélérés et maintenus en circulation pendant des heures, guidés par des milliers d'aimants supraconducteurs puissants. Objectif : remonter le temps pour étudier les origines de la matière et avoir enfin des réponses aux grandes questions que se posent les physiciens. La première : peut-on comprendre la création de la matière ? Le LHC est capable de recréer les conditions qui prévalaient il y a 13,7 milliards d'années, après le big-bang — température très élevée et densités très fortes — où les particules élémentaires se sont propagées librement avant de s'agglutiner pour former de la matière. Autre énigme encore non résolue : quelle est l'origine de la masse ? Le modèle mis en place par les chercheurs met en évidence une particule, le fameux boson de Higgs. Mais cette « mère » de toutes les particules n'a jamais été observée. Le collisionneur LHC devrait permettre d'observer cette particule hypothétique et d'en mesurer sa masse. Une autre expérience permettra de savoir pourquoi l'antimatière est si rare. Au début du big-bang, matière et antimatière étaient en quantités égales mais aujourd'hui l'antimatière semble être très rare. C'est en étudiant des processus particuliers dans les collisions des particules du LHC que l'on aura une compréhension plus fine du processus par lequel ce déséquilibre à dû se produire. Les physiciens pourront peut-être nous dire si les particules supersymétriques existent. Actuellement les théories supersymétriques qui prévoient une symétrie entre les particules élémentaires constituant la matière et les médiateurs des interactions, appelée « supersymétrie », pourraient conduire à cette unification. Dans ce cas, il devrait exister des particules « supersymétriques » partenaires des particules élémentaires actuellement connues et les plus légères d'entre-elles devraient alors apparaître dans les collisions de protons du LHC. Autre secret à percer : qu'est-ce-que la matière noire ? Les physiciens des particules possèdent dans leurs théories supersymétriques une particule appelée « neutralino » qui expliquerait l'origine de la matière noire. Produite dans les collisions de haute énergie, le LHC pourrait permettre de la découvrir. Enfin, nous avons besoin de savoir si notre espace-temps a plus de quatre dimensions. Les grandes théories qui permettent d'aller jusqu'à l'unification de l'interaction gravitationnelle avec toutes les autres s'appuient principalement sur la théorie des « supercordes », mais celle-ci requiert un nombre de dimensions bien supérieur aux quatre de l'espace-temps considéré jusqu'alors, c'est un univers à dix dimensions. Le LHC pourrait permettre de confirmer l'existence de ces dimensions supplémentaires.
