D\u2019o\u00f9 vient la mati\u00e8re? Comment a-t-elle gagn\u00e9 son combat contre l\u2019antimati\u00e8re, brisant ainsi l\u2019\u00e9l\u00e9gante sym\u00e9trie de l\u2019Univers? Voil\u00e0 quelques-unes des questions qui travaillent Tatsuya Nakada, physicien n\u00e9 il y a 53 ans \u00e0 Tokyo et install\u00e9 aujourd\u2019hui sur la c\u00f4te l\u00e9manique, entre Lausanne et Gen\u00e8ve.<\/p>\n
Le chercheur roule en voiture japonaise hybride et partage son temps entre deux activit\u00e9s: l\u2019EPFL, o\u00f9 il enseigne la physique des particules, et le Cern, o\u00f9 il pilote l\u2019exp\u00e9rience du LHCb, avec le statut officiel de porte-parole. C\u2019est d\u2019ailleurs sur le site de ce d\u00e9tecteur construit juste \u00e0 la fronti\u00e8re franco-suisse qu\u2019il nous a parl\u00e9 du projet auquel il a d\u00e9j\u00e0 consacr\u00e9 quinze ann\u00e9es de sa vie. On passe le portique de s\u00e9curit\u00e9 biom\u00e9trique (d\u00e9tecteur de l\u2019iris) pour arriver au lift et des\u00adcendre vers l\u2019immense LHCb (d\u00e9tecteur de particules). A 100 m\u00e8tres sous le sol, les oreilles se bouchent et les fracas m\u00e9talliques paraissent assourdis. Il fait plus chaud ici qu\u2019en surface. Des ouvriers en T-shirt et casques jaunes assemblent les derniers \u00e9l\u00e9ments de ce d\u00e9tecteur qui doit entrer en service dans quelques semaines. Sa fonction: percer les myst\u00e8res de l\u2019antimati\u00e8re.<\/p>\n
\u00abPlus de dix ans ont \u00e9t\u00e9 n\u00e9cessaires pour construire cette infrastructure, dit Tatsuya Nakada, \u00e0 haute voix pour couvrir le bruit du chantier. En physique des particules, les projets de ce type seraient impossibles sans une tr\u00e8s large collaboration. Nous avons d\u00fb r\u00e9unir 500 chercheurs venus d\u2019une quinzaine de pays pour y arriver.\u00bb <\/p>\n
D\u2019o\u00f9 est venue l\u2019id\u00e9e de construire un tel d\u00e9tecteur?<\/b><\/p>\n
Nous \u00e9tions int\u00e9ress\u00e9s par les propri\u00e9t\u00e9s de la sym\u00e9trie, qui joue un r\u00f4le fondamental en physique. Comme vous le savez, on trouve beaucoup de sym\u00e9trie dans la nature: les cristaux de neige, par exemple, pr\u00e9sentent de telles structures. Avec cette exp\u00e9rience, nous avons eu envie d\u2019observer des propri\u00e9t\u00e9s particuli\u00e8res, nomm\u00e9es \u00abviolations de sym\u00e9trie CP\u00bb, qui permettent de d\u00e9crire la diff\u00e9rence entre mati\u00e8re et antimati\u00e8re. Mais pour cela, il fallait trouver un moyen de produire un grand nombre de particules appel\u00e9es m\u00e9sons B. C\u2019\u00e9tait il y a une quinzaine d\u2019ann\u00e9es. Le Cern avait pour projet de construire un tel acc\u00e9l\u00e9rateur \u00e0 particules. Nous nous sommes donc adress\u00e9s \u00e0 lui. <\/p>\n
Quelle a \u00e9t\u00e9 la premi\u00e8re \u00e9tape du processus?<\/b><\/p>\n
Avec quelques amis chercheurs, nous avons commenc\u00e9 par prendre une feuille de papier pour dessiner les \u00e9l\u00e9ments n\u00e9cessaires \u00e0 une telle exp\u00e9rience. Nous avons introduit cette image dans une simulation par ordinateur pour voir si c\u2019\u00e9tait faisable, puis r\u00e9dig\u00e9 un document pour expliquer notre but: d\u00e9crire ce que nous voulions atteindre en termes de physique, et comment nous entendions y arriver. Le document a ensuite \u00e9t\u00e9 soumis au LHC Committee. Ce groupe d\u2019\u00e9valuation du Cern a d\u00fb examiner notre proposition et r\u00e9pondre aux questions suivantes: l\u2019exp\u00e9rience est-elle techniquement faisable et a-t-elle une quelconque valeur scientifique? La m\u00e9thode d\u00e9crite permettra-t-elle d\u2019atteindre le but fix\u00e9? L\u2019\u00e9valuation des co\u00fbts est-elle r\u00e9aliste?<\/p>\n
Concr\u00e8tement, qui s\u2019est occup\u00e9 de r\u00e9unir les fonds?<\/b><\/p>\n
Chaque groupe associ\u00e9 \u00e0 l\u2019exp\u00e9rience s\u2019est adress\u00e9 \u00e0 son agence nationale. Car pendant que le LHC Committee effectuait son \u00e9valuation, nous avions r\u00e9uni autant de gens que possible autour du projet, et proc\u00e9d\u00e9 \u00e0 la r\u00e9partition du travail entre les diff\u00e9rents pays. Il s\u2019agissait de d\u00e9terminer qui construirait quelle partie du d\u00e9tecteur. Les demandes de fonds ont ainsi \u00e9t\u00e9 faites de mani\u00e8re d\u00e9centralis\u00e9e; en Suisse, par exemple, le Fonds national de la recherche, les cantons de Vaud et de Zurich, l\u2019EPFL et l\u2019Universit\u00e9 de Zurich ont accept\u00e9 de nous accorder globalement presque 8 millions de francs. A la fin de ce processus, la direction du Cern a examin\u00e9 l\u2019ensemble du projet LHCb et son financement global, soit environ 75 millions de francs. L\u2019approbation d\u00e9finitive a \u00e9t\u00e9 obtenue en 1998.<\/p>\n
Dix ans plus tard, vous \u00eates donc pr\u00eats \u00e0 lancer la machine.<\/b><\/p>\n
Les collisions commenceront cette ann\u00e9e. Les premi\u00e8res donn\u00e9es de physique tomberont d\u00e8s l\u2019an prochain, et seront ensuite relev\u00e9es pendant cinq \u00e0 six ans. Mais nous n\u2019attendrons pas cette date pour analyser les r\u00e9sultats. La r\u00e9colte et l\u2019analyse peuvent \u00eatre effectu\u00e9es en parall\u00e8le.<\/p>\n
Quels sont les corps de m\u00e9tier qui travaillent sur le projet?<\/b><\/p>\n
Nous travaillons avec des ing\u00e9nieurs \u00e9lectroniciens, des informaticiens, des ing\u00e9nieurs en m\u00e9canique, mais aussi des pilotes de grues exp\u00e9riment\u00e9s, pour d\u00e9placer des \u00e9l\u00e9ments extr\u00eamement lourds et fragiles, ainsi que des contr\u00f4leurs qui peuvent s\u2019assurer que les pi\u00e8ces sont assembl\u00e9es avec une pr\u00e9cision de quelques dixi\u00e8mes de millim\u00e8tre. Nous avons \u00e9galement besoin de soudeurs, de plombiers, d\u2019\u00e9lectriciens pour installer les c\u00e2bles. Et \u00e9videmment des physiciens. <\/p>\n
Plus de 500 scientifiques, une quinzaine de pays\u2026 N\u2019est-ce pas un casse-t\u00eate pour le coordinateur que vous \u00eates?<\/b><\/p>\n
Le Cern ne fonctionne pas comme une entreprise priv\u00e9e, avec un CEO et une hi\u00e9rarchie. Ici, chaque projet est confi\u00e9 \u00e0 une personne \u00e9lue, nomm\u00e9e porte-parole, qui n\u2019a aucun r\u00e9el pouvoir ex\u00e9cutif. Tout doit fonctionner par la persuasion et le consensus.<\/p>\n
Et \u00e7a fonctionne?<\/b><\/p>\n
Alors bien s\u00fbr, c\u2019est parfois probl\u00e9matique, car chacun a son opinion sur le d\u00e9tecteur qu\u2019il faudrait construire… Mais nous parvenons \u00e0 avancer car nous partageons une culture commune, la physique, et un projet commun: mener \u00e0 bien cette exp\u00e9rience.<\/p>\n
Quel est votre grand espoir concernant l\u2019exp\u00e9rience du LHCb?<\/b><\/p>\n
La meilleure chose qui puisse nous arriver ne serait pas de trouver ce qu\u2019on cherche\u2026 Je pr\u00e9f\u00e9rerais qu\u2019on d\u00e9couvre quelque chose de totalement inimaginable. Car ce sont les surprises qui cr\u00e9ent les vraies avanc\u00e9es dans la science. En physique des particules, nous disposons d\u2019un mod\u00e8le standard qui offre une assez bonne compr\u00e9hension des ph\u00e9nom\u00e8nes, mais qui contient des lacunes. Par exemple, on ne comprend pas pourquoi, dans l\u2019Univers, il y a seulement de la mati\u00e8re, et pas d\u2019antimati\u00e8re. Il faut savoir que, lors du big bang, une explosion d\u2019\u00e9nergie a cr\u00e9\u00e9 la fois la mati\u00e8re et l\u2019antimati\u00e8re, lesquelles se sont ensuite annihil\u00e9es pour devenir photons: la lumi\u00e8re.<\/p>\n
Mais nous avons de la mati\u00e8re\u2026<\/b><\/p>\n
Oui, mais pas tant que \u00e7a. Quand vous pensez \u00e0 notre Univers, vous pouvez imaginer qu\u2019il contient beaucoup d\u2019\u00e9toiles, de galaxies, de mati\u00e8re. Or ce n\u2019est pas vrai. En fait, il y a 10 milliards de fois plus de photons que de mati\u00e8re. Si l\u2019Univers \u00e9tait totalement sym\u00e9trique, il devrait n\u2019y avoir que des photons! Il reste donc cette minuscule part de mati\u00e8re que nous ne pouvons pas expliquer. Nous sommes presque \u00e0 la sym\u00e9trie, mais cette minuscule diff\u00e9rence change tout. Il doit donc y avoir quelque part un m\u00e9canisme qui produit de l\u2019asym\u00e9trie et qui nous donne ce l\u00e9ger exc\u00e8s de mati\u00e8re. C\u2019est ce que nous cherchons. Nos observations nous permettront de mesurer la d\u00e9viation par rapport \u00e0 ce que le mod\u00e8le standard pr\u00e9voyait.<\/p>\n
Les exp\u00e9riences du LHC risquent-elles de d\u00e9boucher sur une nouvelle physique?<\/b><\/p>\n
Oui, si les exp\u00e9riences Atlas et CMS (\u00e9galement men\u00e9es au Cern, ndlr) trouvent une nouvelle particule, cela donnera naissance \u00e0 une nouvelle physique. Entre eux et nous, les m\u00e9thodes diff\u00e8rent, mais le but est le m\u00eame. Imaginez que vous vous trouvez au bord de l\u2019eau et que vous aimeriez savoir ce qu\u2019il y a au-del\u00e0 de l\u2019horizon. Une possibilit\u00e9 serait de construire un bateau et de partir au large. Une autre possibilit\u00e9 serait de sauter en l\u2019air; et le plus haut vous sauterez, le plus loin vous verrez. Le probl\u00e8me, c\u2019est que vous ne pouvez pas rester en l\u2019air tr\u00e8s longtemps. Vous avez tr\u00e8s peu de temps pour observer tr\u00e8s loin. C\u2019est notre situation, d\u2019une certaine mani\u00e8re. Alors que les exp\u00e9riences CMS et Atlas essaient de construire un grand bateau pour aller voir de l\u2019autre c\u00f4t\u00e9 de l\u2019horizon, nous autres, avec LHCb, nous essayons de sauter en l\u2019air et de voir le plus loin possible. <\/p>\n
Aimez-vous expliquer vos recherches?<\/b><\/p>\n
Oui, car en cherchant des exemples concrets comme celui-l\u00e0, j\u2019approfondis ma propre compr\u00e9hension des ph\u00e9nom\u00e8nes. Je clarifie ma pens\u00e9e. <\/p>\n
Avez-vous l\u2019impression que les \u00e9tudiants d\u2019aujourd\u2019hui ont tendance \u00e0 n\u00e9gliger l\u2019approche exp\u00e9rimentale au profit de la th\u00e9orie?<\/b><\/p>\n
Non. Il y a toujours beaucoup d\u2019\u00e9tudiants int\u00e9ress\u00e9s par les exp\u00e9riences. Mais je vois un autre danger. Ces exp\u00e9riences prennent \u00e9norm\u00e9ment de temps, et de nombreux \u00e9tudiants ne peuvent en suivre qu\u2019un fragment. Prenez LHCb, qui s\u2019\u00e9tend sur quinze ans. Certains \u00e9tudiants ont particip\u00e9 \u00e0 la construction du d\u00e9tecteur, mais ne seront plus l\u00e0 pour l\u2019analyse des donn\u00e9es. Et ceux qui viendront n\u2019auront pas particip\u00e9 \u00e0 la construction. C\u2019est regrettable. En ce qui me concerne, j\u2019ai eu la chance d\u2019appartenir \u00e0 une g\u00e9n\u00e9ration de chercheurs qui a pu suivre de telles exp\u00e9riences sur toute leur dur\u00e9e. C\u2019est un privil\u00e8ge.<\/p>\n