Le Modèle standard de la physique des particules décrit à merveille tous les résultats expérimentaux des dernières décennies. Récemment, une de ses prédictions les plus importantes fut confirmée lorsque les expériences ATLAS et CMS ont annoncé la découverte du boson de Higgs, présumé à l’origine de la masse de toute matière connue. Malgré ce succès retentissant, il est clair que le Modèle standard ne peut constituer une théorie fondamentale de l’infiniment petit. En effet, il ne peut expliquer l’existence de la matière sombre, qui selon la cosmologie moderne doit constituer environ 80% de la masse totale de l’univers. Il ne peut non plus expliquer l’asymétrie matière-antimatière, c'est-à-dire le fait que l’univers d’aujourd’hui n’est fait qu’exclusivement de matière et non d’antimatière. De plus, toute tentative d’intégrer la gravité au Modèle standard, et donc de réaliser le rêve d’Einstein d’unifier l’infiniment grand et l’infiniment petit en une seule théorie du “tout”, s’est révélée jusqu’à maintenant infructueuse. De nouvelles lois de la physique doivent donc exister au-delà du Modèle standard, qui jusqu’à récemment a été étudié jusqu’à une échelle d’énergie de quelques centaines de Giga-électron-volts, correspondant à l’énergie des particules une centaine de femto-secondes après le Big Bang.

La théorie généralement favorisée pour remplacer le Modèle standard est appelée Supersymétrie, ou SUSY pour les intimes. Elle possède une symétrie entre bosons et fermions, c’est-à-dire que toute particule du Modèle standard doit posséder un “superpartenaire” avec un spin différent par 1/2. L’enthousiasme pour la Supersymétrie (près de 25,000 articles ont été publiés à son sujet jusqu’à ce jour!) vient du fait qu’elle règle plusieurs des problèmes du Modèle standard simultanément. La majorité des experts s’entendent pour dire que si SUSY existe, ses superpartenaires doivent pouvoir être produits pour la première fois dans les collisions protons-protons du Grand collisionneurs de hadrons (LHC), qu’étudient en détail les expériences ATLAS et CMS.

Le Journal of High-Energy Physics a récemment publié l’une des recherches les plus sensibles de la Supersymétrie (JHEP 06, 35 (2014); http://arxiv.org/abs/1404.2500). Cette analyse a consisté à fouiller les dizaines de millions de milliards de collisions protons-protons observées par le détecteur ATLAS pour y trouver un des signes tangibles de la Supersymétrie, c'est-à-dire la présence de deux leptons (électrons ou muons) ayant la même charge électrique, et produits dans des événements contenant une grande quantité d’énergie hadroniques. Cette recherche, coordonnée par Jean-François Arguin (professeur à l’Université de Montréal) et à laquelle a participé Léa Gauthier (chercheure post-doctorale à l’Université de Montréal), a identifié 33 candidats SUSY, un nombre malheureusement en accord avec le bruit de fond dû au Modèle standard. Cette analyse a tout de même permis de repousser les limites existantes sur les masses possibles des particules supersymétriques, en particulier les partenaires des quarks (qui forment les protons et neutrons) et gluons (qui tiennent les protons et neutrons ensembles). L’étude des événements contenant deux leptons de même charge électrique n’est pas terminée puisque l’équipe ATLAS- UdeM y cherche maintenant d’autres particules supersymétriques, des “gauginos”, les partenaires des particules de force du Modèle standard.

Même si la Supersymétrie, si elle existe, nous échappe toujours, sa recherche au LHC est loin d’être terminée. En effet, l’énergie du LHC va passer de 8 à 13 Téra-électron-volts au printemps 2015, ce qui va augmenter par environ un facteur 100 la probabilité de produire le superpartenaire du gluon, par exemple. Les nombreux amateurs de SUSY auront tous alors leurs yeux tournés vers le LHC. Le groupe ATLAS-UdeM compte bien être au coeur de l’action grâce à l’engagement de nouveaux étudiants gradués planifiant explorer les nouvelles données d’ATLAS à la recherche de SUSY, et puisque Jean-François Arguin occupe maintenant le poste le coordonnateur de la recherche des squarks (partenaires supersymétriques des quarks) et gluinos pour l’expérience ATLAS.

Note: L’Université de Montréal participe à l’expérience ATLAS depuis sa conception et sa construction. Il se compose des chercheurs suivants :

• Professeurs : Jean-François Arguin, Georges Azuelos, Claude Leroy, Jean-Pierre Martin
• Chercheurs postdoctoraux : Léa Gauthier, Reyhaneh Rezvani
• Étudiants de doctorat : Thomas Billoud, Frédérick Dallaire, Tuan Nguyen, Diane Shoaleh-Saadi
• Étudiants de maîtrise : Louis-Guillaume Gagnon, Hubert Trépanier