La particule ¨¦l¨¦mentaire la plus lourde est-elle la cl¨¦ pour mieux comprendre notre Univers ?

Son but est d¡¯identifier les blocs ¨¦l¨¦mentaires de la mati¨¨re (c¡¯est-¨¤-dire qui n¡¯ont pas de structure interne) et d¡¯en ¨¦tudier les propri¨¦t¨¦s. Au fil des exp¨¦riences, les physiciens ont ¨¦labor¨¦ et valid¨¦ une description tr¨¨s pr¨¦cise de la mati¨¨re ¨¤ l¡¯¨¦chelle subatomique, appel¨¦e Mod¨¨le Standard. Malgr¨¦ le couronnement de ce mod¨¨le par la d¨¦couverte du boson de Higgs en 2012, certains faits montrent qu¡¯il existe encore des aspects de la Nature qui ¨¦chappent ¨¤ notre compr¨¦hension actuelle.

Pour aller plus loin, les physiciens ¨¦tudient des collisions de particules ¨¤ des ¨¦nergies toujours plus hautes, comme celles effectu¨¦es au Large Hardon Collider(LHC), situ¨¦ au CERN. L'exp¨¦rience ATLAS, sur laquelle les r¨¦sultats pr¨¦sent¨¦s ici sont bas¨¦s, utilise l'un des quatre d¨¦tecteurs du LHC permettant de ? photographier ? les collisions. L'¨¦quipe ATLAS du Laboratoire de Physique Corpusculaire (LPC) oriente ses recherches sur la particule ¨¦l¨¦mentaire la plus lourde parmi les douze connues ¨¤ ce jour : le quark top. Pourquoi s'int¨¦resser ¨¤ cette particule ? Il est naturel de penser que le quark top n¡¯est peut-¨ºtre pas ¨¦l¨¦mentaire, cette particule ¨¦tant tout de m¨ºme la plus massive ! De plus, les exp¨¦riences pass¨¦es ont montr¨¦ ¨¤ de nombreuses reprises qu'une particule per?ue comme ¨¦l¨¦mentaire ¨¤ un moment pouvait en fait cacher une sous-structure, comme ce fut le cas pour l¡¯atome ou le noyau atomique. Une autre raison pour ¨¦tudier le quark top est qu'il serait sensible ¨¤ l'existence de dimensions suppl¨¦mentaires d'espace (c¡¯est-¨¤-dire en plus des trois dimensions connues). Cette id¨¦e semble sortir tout droit d'une bande dessin¨¦e de science-fiction mais reste bel et bien possible compte tenu de l'¨¦tat actuel des connaissances, et apporte par ailleurs des ¨¦l¨¦ments de r¨¦ponses ¨¤ certains probl¨¨mes du Mod¨¨le Standard comme celui de la mati¨¨re noire (constituant 85 % de notre Univers et pourtant de nature encore inconnue).

Le groupe ATLAS du LPC a contribu¨¦ ¨¤ l'analyse de collisions particuli¨¨res faisant intervenir le quark top, afin de sonder par l'exp¨¦rience une sous-structure possible pour cette particule ou encore l'existence de dimensions suppl¨¦mentaires. Les collisions sont d'abord identifi¨¦es gr?ce au nombre de quarks top produits, puis elles sont ¨¦tudi¨¦es en d¨¦tail afin de mettre en ¨¦vidence des propri¨¦t¨¦s observables modifi¨¦es par une sous-structure ou des dimensions suppl¨¦mentaires. La mesure de ces propri¨¦t¨¦s a alors permis ¨¤ l'¨¦quipe de contraindre la r¨¦alisation de ces id¨¦es dans la Nature. En effet, une dimension suppl¨¦mentaire peut exister ¨¤ condition qu¡¯elle soit assez petite pour ¨¦chapper ¨¤ nos observations. Une des avanc¨¦es notables de cette ¨¦tude est alors de pouvoir d¨¦celer des dimensions suppl¨¦mentaires 40 % plus petites qu¡¯auparavant, et contraindre ainsi un peu plus la taille de ces dimensions d¡¯espace ¨C si celles-ci existent.
 

ATLAS-CONF-2016-032 (16/06/2016) : Search for new phenomena using events with b-jets and a pair of same-charge leptons in 3.2 fb-1 of pp collisions at 13 TeV with the ATLAS detector.

ATLAS-CONF-2016-014 (21/03/2016) : Search for heavy particles decaying to pairs of highly-boosted top quarks using lepton-plus-jets events in proton-proton collisions at 13 TeV with the ATLAS detector".