Genève, le 26 juillet 2010. Les premiers résultats produits par le LHC du CERN¹ sont actuellement dévoilés à l'ICHEP, la plus grande conférence internationale sur la physique des particules du monde, devant les plus de 1000 participants réunis à Paris. Les porte-paroles des quatre grandes expériences LHC – ALICE, ATLAS, CMS et LHCb – présentent aujourd'hui les mesures résultant des trois premiers mois de fonctionnement du LHC à 3,5 TeV par faisceau, soit une énergie trois fois et demie plus élevée que l’énergie atteinte à ce jour dans un accélérateur de particules.

Ces premières mesures sont l'occasion pour les expériences de redécouvrir les particules qui se trouvent au cœur du Modèle standard, la théorie qui correspond à la compréhension actuelle des particules de matière et des forces s’exerçant sur elles. C’est là une étape essentielle avant de passer à de nouvelles découvertes. Parmi les milliards de collisions déjà enregistrées, certaines contiennent des « candidats » pour le quark top, pour la première fois dans un laboratoire européen.

« Redécouvrir nos vieux amis du monde des particules montre que les expériences du LHC sont bien préparées à l'exploration d’un territoire nouveau, indique Rolf Heuer, directeur général du CERN. Il semble que le Modèle standard répond aux attentes. Maintenant, c’est à la nature de nous montrer ce qu'il y a de nouveau. »

La qualité des résultats présentés à l’ICHEP témoigne de l’excellente performance de la machine LHC et de la grande qualité des données obtenues dans les expériences. Le LHC, qui en est encore à ses débuts, progresse régulièrement, se rapprochant des conditions de fonctionnement finales. La luminosité – qui correspond au taux de collisions - a déjà augmenté d'un facteur de plus de mille depuis fin mars. Ces progrès fulgurants concernant le faisceau du LHC sont aussi impressionnants que la vitesse à laquelle les données résultant de milliards de collision ont été prises en charge par la Grille de calcul mondiale du LHC, qui permet aux données des expériences d'être analysées dans des centres participant au projet à travers le monde.

« En l’espace de quelques jours, nous avons trouvé des W, et ensuite des Z, les deux particules porteuses de la force faible, découvertes ici au CERN, il y a près de 30 ans, souligne Fabiola Gianotti, porte-parole de la collaboration ATLAS, qui compte 3000 personnes. « Grâce aux efforts de toute la collaboration, en particulier des jeunes chercheurs, toutes les opérations - acquisition de données par le détecteur, étalonnage, traitement des données, distribution, et enfin analyse de physique - se sont déroulées rapidement et efficacement. »

« C’est incroyable, nous avons « redécouvert » très vite les particules déjà connues : depuis les résonances les plus légères jusqu'au massif quark top. Ce qui est présenté ici à Paris n’est que la première récolte d’une campagne intensive de mesure précise des propriétés de ces particules, explique Guido Tonelli, porte-parole de CMS. Ce travail minutieux et systématique est nécessaire pour pouvoir définir un fond connu sur lequel va se détacher tout nouveau signal. »

« L’expérience LHCb est faite sur mesure pour étudier la famille des particules b, qui contient des quarks beauté, explique Andrei Golutvin, porte-parole de l’expérience. C’est donc très stimulant de voir que nous trouvons déjà des centaines d’exemples de ces particules, clairement révélés par l’analyse de nombreuses traces de particules.

« L'exploitation en cours, avec des collisions de protons, nous a permis de faire des rapprochements avec des résultats issus d'autres expériences, à des énergies plus basses, d'éprouver et d'améliorer les extrapolations réalisées pour le LHC, et de préparer le terrain pour les exploitations avec ions lourds », déclare Jurgen Schukraft, porte-parole de la collaboration ALICE. L’expérience ALICE est optimisée pour étudier les collisions d’ions de plomb, qui seront réalisées au LHC au cours de cette année.

Deux autres expériences ont déjà bénéficié des premiers mois de fonctionnement du LHC à 3,5 TeV par faisceau. LHCf, qui étudie la production de particules neutres dans les collisions proton-proton, afin de comprendre les interactions des rayons cosmiques dans l’atmosphère terrestre, a déjà rassemblé les données dont elle a besoin sous une énergie de faisceau de 3,5 TeV. TOTEM, un détecteur qui doit se rapprocher des faisceaux pour mieux scruter les protons, commence ses premières mesures.

Le CERN exploitera le LHC sur une période de 18 à 24 mois, avec pour objectif de fournir aux expériences suffisamment de données pour réaliser des avancées notables concernant différents processus de physique. Avec la quantité de données attendue, soit, pour les physiciens, 1 fb^-1, les expériences devraient être bien placées pour faire des avancées intéressantes dans de nouveaux territoires, et éventuellement réaliser des découvertes importantes.

Images de collisions

• Les traces de particules jaillissent du cœur de l’expérience ALICE, résultant de l’une des premières collisions à une énergie totale de 7 TeV.
• Les traces de particules jaillissent du cœur de l’expérience ALICE, résultant de l’une des premières collisions à une énergie totale de 7 TeV.
• Le premier événement candidat, à une énergie de collision totale de 7 TeV, d’un boson Z se désintégrant dans ATLAS pour produire une paire électron-positon (traces jaunes).
• Un événement candidat, à une énergie de collision totale de 7 TeV, d’un boson W se désintégrant dans ATLAS pour produire une paire électron-positon (trace rouge).
• Un candidat à la production d’une paire de quarks top dans CMS, les deux quarks top se désintégrant en un W et un quark b, et les deux W se désintégrant en un muon et un neutrino. Il en résulte 2 muons (traces rouges), 2 jets identifiés comme des jets de quarks b, et de l’énergie manquante (à cause des neutrinos qui s'échappent).
• La production d’un boson W dans CMS, révélée par sa désintégration en un électron (trace bleue) et un neutrino invisible (flèche).
• La désintégration d’un boson Z produisant deux muons (lignes blanches épaisses) à l’expérience LHCb. Les marques vertes montrent les points où les particules traversent les chambres à muons.
• Gros plan d’un événement à LHCb, présentant toutes les caractéristiques de la désintégration d’une particule Bs (contenant un quark beauté et un quark étrange).

1.Le CERN, Organisation européenne pour la recherche nucléaire, est le plus éminent laboratoire de recherche en physique des particules du monde. Il a son siège à Genève. Ses États membres actuels sont les suivants: Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République slovaque, République tchèque, Royaume-Uni, Suède et Suisse. La Commission européenne, les États-Unis d'Amérique, la Fédération de Russie, l'Inde, Israël, le Japon, la Turquie et l'UNESCO ont le statut d'observateur