85% de la matière dans l'univers est un mystère.
Nous ne savons pas ce qui la compose, c'est pourquoi on l'appelle matière noire.
Mais nous savons qu'elle existe car nous observons sa force gravitationnelle
sur les galaxies et sur les autres objets célestes.
Il nous reste à observer directement la matière noire,
mais les scientifiques soutiennent que nous serons capables de la créer
dans l'accélérateur de particules le plus puissant du monde.
Il s'agit du Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) de 27 km de long,
à Genève, en Suisse.
Comment cela fonctionnerait ?
Dans le LHC, deux faisceaux de protons se déplacent dans des directions opposées
et sont accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière.
Les faisceaux se croisent en 4 points et les protons entrent en collision.
Les protons sont composés d'éléments plus petits appelés quarks et gluons.
Dans les collisions classiques, les deux protons se traversent
sans conséquence particulière.
Toutefois, dans une collision sur un million,
deux composants se percutent si violemment,
qu'une grande partie de l'énergie de cette collision est libérée,
ce qui produit des milliers de nouvelles particules.
C'est seulement dans ces collisions que des particules massives
comme la matière noire, peuvent être produites.
Les points de collision sont entourés de détecteurs
qui contiennent environ 100 millions de capteurs.
Comme d'énormes caméras à trois dimensions,
elles collectent des données sur ces particules,
y compris leur trajectoire,
leur charge électrique
et leur énergie.
Après analyse, les ordinateurs peuvent créer une image de la collision.
Chaque ligne montre le chemin pris par les différentes particules,
qui sont codifiées par une couleur.
Les données des détecteurs permettent aux scientifiques
d'identifier chacune de ces particules,
comme les photons et les électrons.
Les détecteurs photographient d'un milliard de collisions par seconde
pour trouver des signes de ces particules massives extrêmement rares.
Pour compliquer les choses,
les particules que nous recherchons peuvent être instables
et se dégrader en particules plus connues avant d'atteindre les capteurs.
Prenez par exemple le boson de Higgs,
une particule longtemps théorisée et qui n'a été observée qu'en 2012.
Il y a 1 chance sur 10 milliards de créer un boson de Higgs lors d'une collision,
et il existe pendant seulement une petite fraction de seconde
avant de se dégrader.
Les scientifiques ont élaboré des modèles théoriques pour savoir où chercher.
Pour Higgs, ils pensaient qu'il pouvait parfois se dégrader en deux photons.
Ils n'ont donc d'abord étudié que les activités à forte énergie
qui impliquaient deux photons.
Mais il y avait un problème.
Il y a un nombre incalculable d'interactions
qui peuvent produire deux photons.
Comment séparer le boson de Higgs du reste?
La réponse est la masse.
Les informations collectées permettent aux scientifiques de faire marche arrière
et de déterminer la masse de tout ce qui peut produire deux photons.
Ils mettent ces valeurs dans un graphique
et ils répètent la démarche pour toutes les activités avec deux photons.
La grande majorité de ces activités sont des observations de photons aléatoires
que les scientifiques appellent bruit de fond.
Mais quand un boson de Higgs est produit et se dégrade en deux photons,
la masse est toujours la même.
Donc l'indice révélateur d'un boson de Higgs
serait un pic qui se distinguerait du bruit de fond.
Il faut des milliards d'observations avant qu'un tel pic n'apparaisse,
et ce n'est considéré comme étant significatif
si ce pic devient significativement plus important que le bruit de fond.
Dans le cas du boson de Higgs,
les scientifiques du LHC ont annoncé leurs résultats révolutionnaires
alors qu'il n'y avait qu'une chance sur 3 millions
que ce pic n'apparaisse.
Revenons à la matière noire.
Si les faisceaux de protons du LHC ont assez d'énergie pour la produire,
c'est une probabilité encore plus faible que le boson de Higgs.
Il faut un quadrillion de collisions combinées aux modèles théoriques
pour commencer à chercher.
C'est ce que fait actuellement le LHC.
En générant une montagne de données,
nous espérons trouver plus de petits pics dans les graphiques
pour prouver l'existence de particules encore inconnues, comme la matière noire.
Peut-être que nous ne trouverons pas de matière noire
mais autre chose
qui remodèlera notre compréhension du fonctionnement de l'univers.
En réalité, cela fait partie du jeu
Nous ne savons pas ce que nous allons trouver.