Le Higgs expliqué à Marie-Claire

Chère Marie-Claire,

Pour comprendre l'histoire du boson, il faut d'abord réaliser que tout le fonctionnement de l'Univers repose sur un ensemble de particules élémentaires et de forces qui les font interagir entre elles ou se désintégrer. Les particules élémentaires sont les briques de base nécessaires à la construction de la matière qui nous entoure. Par exemple, pour le physicien des particules le contenu de ton Mojito est un assemblage complexe d'électrons, de protons et de neutrons qui se regroupent pour former des noyaux, des atomes, des molécules et donc des Mojitos. Les protons et les neutrons sont eux-mêmes des assemblages de quarks maintenus ensembles par d'autres particules nommées gluons.

Tout ces assemblages sont décrits par une théorie qui marche super bien. Ça marche même tellement bien que depuis des années les physiciens n'ont pas de grosses surprises, tout est conforme à ce "modèle standard" de la physique des particules .

Le seul problème - et il est de taille - est que cette théorie dans sa version la plus simple n'explique pas pourquoi les particules sont massives. Tout pourrait (devrait) fonctionner avec des particules sans masse.

En 1964, trois physiciens : Robert Brout, François Englert et Peter Higgs ont proposé un mécanisme permettant d'expliquer comment les particules élémentaires acquièrent une masse. L'idée est assez révolutionnaire puisqu'elle repose sur le fait que la masse n'est pas une caractéristique intrinsèque des particules mais qu'elle est le résultat d'une interaction des particules sans masse avec le vide. Le vide n'est donc pas si vide que cela, il est en fait rempli de ce que l'on appelle un "champ", constitué d'une infinité de particules nommés bosons de Higgs. C'est en interagissant avec le champ de Higgs que les particules élémentaires   acquièrent une masse.

On peut se représenter la chose en imaginant une piscine remplie d'eau. Les molécules d'eau représentent le champ de Higgs. Si un  objet traverse la piscine, il va ressentir une certaine viscosité et ralentir, comme s'il devenait subitement plus lourd. Un objet de forme aérodynamique sentira faiblement l'effet de l'eau, par contre un autre objet aux formes anguleuses sera fortement ralenti. Pour les particules c'est pareil ; certaines interagissent beaucoup avec le champ de Higgs , elles ont donc une grande masse; d'autres interagissent très peu et sont donc légères. Note bien toutefois, que les physiciens ne comprennent pas pourquoi certaines particules interagissent plus que d'autres avec le champ de Higgs...

Dans certaines circonstance, il est possible d'exciter le champ de Higgs et de faire se matérialiser un boson de Higgs, un peu comme si en provoquant une vague dans la piscine, on arrivait à faire quelques éclaboussures. Le fait de voir les éclaboussures prouverait à coup sûr que la piscine est bien remplie d'eau.

Les expériences ATLAS et CMS au CERN près de Genève, viennent probablement de réussir à mettre évidence  ces éclaboussures, elles ont détectées la signature caractéristiques de ce qu'on pense être des bosons de Higgs. Ce qui, si c'est confirmé, valide la théorie de Brout, Englert et Higgs et démontre la validité du mécanisme qu'ils ont proposé et qui confère la masse aux particules élémentaires.

Tu ne verras plus jamais ton Mojito de la même manière !

Bises,

Dominique

Les neutrinos de Daya Bay

Il s'agit pourtant d'une avancée majeure dans la physique des neutrinos, mais curieusement cette découverte est passée plutôt inaperçue en dehors de la communauté des physiciens des particules. La mesure en question a été réalisée au sein d'une collaboration  essentiellement sino-américaine et sur un appareillage installé à proximité des centrales nucléaires de Daya Bay et de Ling Ao au sud-est de la Chine, non loin de Hong-Kong.

Le site de la centrale nucléaire de Daya Bay

Afin de comprendre le résultat obtenu par l'expérience Daya Bay, il faut commencer par revenir au mécanisme d'oscillations des neutrinos qui est un phénomène purement quantique anticipé  sur les neutrinos depuis fort longtemps et finalement mis en évidence en 1998 par l'expérience japonaise Super-Kamiokande. La compréhension du phénomène - comme souvent dans le monde quantique - requière de faire abstraction du sens commun et d'accepter le fait que le comportement des corpuscules puissent être régi par des lois physiques dont nous ne voyons quasiment aucun effet à notre échelle.

Au niveau physique, les neutrinos peuvent être caractérisés soit par leurs interactions avec les autres particules (interactions faibles) soit par leur masse. Si on raisonne sur les interactions,  on observe que les neutrinos peuvent être créés ou bien interagir sous trois formes différentes, on parle alors de neutrinos électrons, neutrinos  muons ou neutrinos taus, c'est ce que l'on appelle les états propres de saveur. Un neutrino électron qui interagit avec la matière va produire un électron, un neutrino muon va produire un muon et un neutrino tau un tau.

Par contre, lorsqu'ils se propagent dans l'espace il faut prendre en compte une autre représentation des neutrinos faisant intervenir leurs  états propres de masse notés n1, n2 et n3. 

Les états propres de masses et états propres de saveurs sont liés. Les états propres de saveur sont des combinaisons linéaires des états propres de masse et inversement. On passe d'une représentation à une autre par l'intermédiaire d'une matrice de mélange nommée PMNS, pour Pontecorvo, Maki, Nakagawa, Sakata du nom des théoriciens qui l'ont proposée.

Par exemple, la désintégration d'un pion chargé positivement va créer un anti-muon et  un neutrino muon (état propre de saveur). Ce dernier est une superposition quantique des trois états propres de masse,  n1, n2 et n3. Les états propres de masse se propagent dans l'espace à des vitesses légèrement différentes les uns des autres (le plus léger allant le plus vite et le plus lourd allant le moins vite). Il ne faut pas se représenter la propagation des neutrinos comme celle de corpuscules,  mais plutôt  imaginer la propagation de trois paquets d'ondes.  Ces paquets d'ondes interfèrent entre eux et en raison de leur différence de vitesse de propagation, l'interférence se modifie au cours du temps, favorisant ainsi l'apparition de neutrinos d'une nouvelle saveur au détriment de la saveur initiale. Un neutrino produit avec une saveur "électron", va avoir une certaine probabilité de se matérialiser avec la saveur  "muon" ou bien la saveur "tau" après une certaine distance de propagation.

Il faut bien comprendre qu'il n'y a pas changement de masse au cours du déplacement car cela violerait le principe de conservation de l'énergie, mais il y a changement du mélange entre les états propres de masse et donc changement de saveur. C'est ce qu'on appelle le phénomène d'oscillation des neutrinos. Pour des paramètres fondamentaux de la physique des neutrinos fixés et pour une énergie donnée, il est possible de calculer la probabilité d'oscillation d'une saveur vers une autre en fonction de la distance à la source de neutrinos.

Les probabilités de transition d'une saveur de neutrino vers une autre dépendent essentiellement des différences des carrés des masses des états propres de masse, et de trois paramètres de mélange caractérisés par des angles provenant de la matrice PMNS mentionnée plus haut. En toute rigueur ces probabilités dépendent aussi d'une phase caractéristique de l'asymétrie entre matière et antimatière dans le domaine des neutrinos (violation de la symétrie CP), mais son effet bien que fondamental du point de vue de la physique, reste faible et n'intervient pour l'instant pas dans les mesures réalisées actuellement. Il faut noter que l'existence du phénomène d'oscillation implique que la masse des neutrinos est non nulle.

Depuis la mise en évidence du phénomène en 1998, les physiciens tentent de mesurer les paramètres fondamentaux des oscillations  en utilisant  diverses sources de neutrinos :

• Les neutrinos provenant du soleil,  qui dès la fin des années 60 ont fourni les toutes premières indications de l'existence d'un déficit qui se révèlera par la suite être dû au phénomène d'oscillation.
• Les neutrinos atmosphériques issus de l'interaction des rayons cosmiques dans l'atmosphère. C'est en 1998, en analysant les interactions des neutrinos atmosphériques que l'expérience japonaise SuperKamiokande mis en évidence de manière non ambiguë le phénomène d'oscillation des neutrinos.
• Les neutrinos issus des accélérateurs de particules, qui permettent d'envoyer un faisceau de neutrinos bien défini spatialement, énergétiquement et temporellement vers des détecteurs situés à de longues distances.
• Les neutrinos issus des réacteurs nucléaires, permettent de disposer de très grandes quantités d'antineutrinos électroniques issus des réactions de fissions à l'intérieur du cœur du réacteur.

Parmi les paramètres de la matrice PMNS, certains ont été relativement bien mesurés par les différentes expériences utilisant les sources de neutrinos présentées ci-dessus : 

• les différences des carrés des masses sont bien connues, il reste toutefois à mesurer le signe de la différence pour le  n2 et le n3  (équivalente à la différence des carrés des masses du n1 et du n3 ) pour déterminer si la hiérarchie de masse est naturelle ou inversée.
• Les angles de mélanges Q12 et Q23 sont également relativement bien connus et il reste à déterminer l'angle Q13 qui rajoute une modulation rapide sur le signal principal d'oscillation.

La connaissance de Q13 est particulièrement importante pour compléter la compréhension du phénomène d'oscillation, une valeur trop faible ruinerait la possibilité de mesurer la phase CP de la matrice PMNS, sorte de Graal de la physique des neutrinos qui contient peut-être la clé pour comprendre l'asymétrie matière antimatière dans l'Univers.

Plusieurs expériences ont été conçues pour mesurer Q13 :

• Double Chooz à proximité du réacteur nucléaire de Chooz dans les Ardennes.

• T2K au Japon, est une expérience utilisant faisceau de neutrinos fabriqués au complexe d'accélérateur de Tokai et détectés dans la mine de Kamioka à 295 km de là.

• RENO en Corée du Sud est également une expérience exploitant les antineutrinos provenant d'une centrale nucléaire.
• Daya Bay en Chine, utilisant aussi les antineutrinos issus de réacteurs.

Il s'agit d'expériences dites de "disparition", c'est à dire qu'elles cherchent à mettre en évidence une diminution du flux de neutrinos en fonction de la distance à la source. Cette diminution du flux étant la manifestation du phénomène d'oscillation.
Double Chooz a publié récemment une première indication pour une valeur de  Q13 relativement grande, mais toutefois pas statistiquement incompatible avec zéro. C'est finalement Daya Bay qui a publié pour la première fois un résultat montrant sans ambiguïté que  Q13 est non nul : sin22 Q13 = 0.092 ± 0.016 (stat) ± 0.005 (sys) et plus grand que ce que l'on pensait.

Les physiciens chinois ont été extrêmement rapides pour concevoir, mettre en œuvre et exploiter cette expérience complexe et des moyens financiers très importants ont pour cela, été mobilisés. A mon sens ce résultat de premier ordre, marque un tournant dans la physique mondiale et montre que la physique expérimentale chinoise a pleinement atteint sa maturité.

L'un des éléments de détection de l'expérience Daya Bay
Extrait d'une présentation de Yifang Wang (IHEP Beijing)

La grande conférence annuelle mondiale sur les neutrinos aura lieu à Kyoto dans une semaine, nul doute qu'il y sera présenté de nouveaux résultats passionnants qui permettront d'avancer un peu plus dans la compréhension de cette famille de particules fascinantes qui étonne régulièrement les physiciens depuis que Wolfgang Pauli a postulé son existence en 1930.

Adlène Hicheur - Libre !

Mardi 15 mai dans la soirée, Adlène Hicheur à été libéré. Il a choisi de ne pas faire appel, car la procédure l'aurait probablement maintenu en détention pendant de nombreux mois supplémentaires. Curieux choix qu'offre la justice, entre retrouver la liberté après 31 mois de détention ou bien "choisir" de rester en prison pour faire appel d'une décision injuste.

En tout cas, on voit bien que la peine prononcée était tout juste "calibrée" pour faire en sorte de couvrir une détention provisoire anormalement longue tout en permettant une libération quasi immédiate.

La libération d'Adlène Hicheur coïncide avec l'arrivée d'un nouveau gouvernement, d'un nouveau Ministre de l'Intérieur et d'un nouveau Garde des Sceaux. Faut-il y voir un signe ? Je le souhaite.

Bonne route Adlène !


Dominique Boutigny

Adlène Hicheur - Verdict !

Vendredi 4 mai un peu avant 13h30, pas mal de monde se groupait devant l'entrée de la 14ème chambre correctionnelle du palais de justice de Paris pour écouter l'énoncé du verdict du procès d'Adlène Hicheur. Beaucoup de journalistes étaient présents, un peu moins de monde toutefois du côté des comités de soutien que lors des audiences des 29 et 30 mars. On notait aussi la présence des "gars de Tarnac" qui, quelques jours avant, avaient justement cosignés  une tribune libre dans Le Monde intitulée "Non au délit de pré-terrorisme".

L'énoncé du verdict n'a duré que quelques minutes, la Présidente Rebeyrotte ne s'est pas donné la peine de parler dans le micro et a très rapidement marmonné qu'Adlène Hicheur était coupable du délit de "participation à une association de malfaiteurs en vue de la préparation d'un acte de terrorisme" et qu'en conséquence il était condamné à cinq ans d'emprisonnement dont un an avec sursis, qu'il était maintenu en détention et que l'ensemble des scellés seraient saisis (comprendre: confiscation du matériel informatique et des 15 000 € d'argent liquide trouvés au moment de l'arrestation). Après avoir expliqué en trente seconde ce que signifiait l'année de sursis sur le plan pénal, la Présidente a quitté très rapidement la salle d'audience. L'assistance s'est alors figée un instant, attendant que quelque chose se passe... certains ont demandé à leur voisin de répéter ce que la Présidente avait dit car ils n'avaient pas réussi à entendre son marmonage. L'un des membres du comité de soutien viennois  s'est offusqué à haute voix de cette façon de faire, de cette manière de balancer un verdict implacable qui va sceller l'avenir d'un homme, puis de repartir en rasant les murs… Tout le monde était debout, sonné et incrédule.

L'avocat a dû courir après la Présidente pour lui demander une autorisation pour qu'Adlène Hicheur puisse embrasser son père et ses frères, ce qui fut fait avant que les gendarmes ne reconduisent Adlène en cellule. Nous sommes restés de longues minutes à attendre que quelque chose se passe, à espérer au fond de nous-même que la Présidente revienne et dise que non, finalement il était acquitté… mais non bien sûr... le jugement était là, implacable, irrévocable (sauf appel) et incompréhensible.

Curieusement l'énoncé de ce verdict tranchait singulièrement avec celui de l'affaire précédente : 5 jeunes comparaissant pour une affaire de violence, le verdict fut énoncé de manière forte et claire, le Président s'assurant que l'interprète avait pu traduire et que les jeunes avaient bien compris. C'était un peu comme si le verdict de l'affaire Hicheur était tellement honteux, qu'il fallait juste le chuchoter et vite prendre la fuite...

Comme je l'ai dit dans l'article concernant les audiences des 29 et 30 mars, je n'ai rien entendu de convaincant dans l'énoncé des charges reprochées à Adlène Hicheur, en tout cas rien de prouvé, pas même l'identité de son interlocuteur sur les forums. Moi qui croyait que justement la justice ne s'appuyait que sur des faits, que le travail des enquêteurs consistait à amener des preuves et que toutes les assertions ne reposant pas sur des éléments établis étaient nulles et non avenues et enfin que le doute devait bénéficier à l'accusé. Je pense que si je n'avais pas assisté à ce procès, si je n'avais pas entendu de mes oreilles les élucubrations scabreuses basées sur  une série d'hypothèses non vérifiées afin de tailler un costume de coupable à Adlène Hicheur,  j'aurais eu au fond de moi un doute en me disant que la justice française ne pouvait pas condamner sans preuve ou sans au minimum quelques éléments solides permettant de se forger une intime conviction.

Aujourd'hui, je sais qu'il est possible d'arrêter quelqu'un en France, de lui faire subir 96 heures d'interrogatoire sans sommeil, alors que cette personne souffre physiquement et que le médecin lui prescrit des médicaments de plus en plus forts pour le faire tenir... Je sais aussi qu'il est possible de détenir quelqu'un pendant 30 mois sans qu'aucun élément sérieux ne justifie cette détention. Enfin, je sais qu'il est possible de construire un dossier uniquement à charge, de bourrer celui-ci d'éléments non prouvés, d'erreurs grossières, d'hypothèses scabreuses et finalement de faire condamner quelqu'un à des années de prisons.

Ce jugement je ne le comprends pas, je le comprends encore moins quand je lis le paragraphe suivant :

"Au cours des débats d'audience, Adlène HICHEUR a employé plusieurs fois le terme d'"humiliation" et l’on sent, à travers les messages de cet homme intelligent et fier, la douleur d’appartenir à un peuple qui a effectivement été colonisé pendant deux siècles par des représentants de son pays d’accueil et d’adoption ainsi que la difficulté à surmonter cette antinomie. Le Tribunal ne peut de même ignorer qu’Adlène Hicheur est né à Séfif, ville de triste mémoire, ce qui n’a pu que renforcer son sentiment d’injustice, d’humiliation devant le sort réservé à ses pères"

Cet argument qui sort de nulle part est présenté comme un élément à décharge valant l'année de sursis, alors  qu'au contraire il accable en tentant de donner une explication à un délit qui n'a jamais été démontré au cours du procès. Les juges se donnent ainsi probablement bonne conscience… Grand bien leur fasse !

Vous qui me lisez, prenez garde à vos écrits, prenez garde à vos courriels, et finalement prenez garde à vos pensées. Une justice d'exception a été instaurée en France et elle a tout pouvoir.

Dominique Boutigny

Liens:

• Comité International de Soutien à Adlène Hicheur
• Collectif Viennois de Soutien à Adlène Hicheur

Adlène Hicheur et les lois d'exception

Les 29 et 30 mars derniers avait lieu le procès d'Adlène Hicheur à la 14ème chambre correctionnelle de Paris. Je connais bien Adlène pour l'avoir côtoyé et même avoir partagé son bureau à Annecy pendant un an et demi alors qu'il terminait sa thèse de physique des particules portant sur l'expérience BaBar.

Adlène Hicheur était jugé pour "association de malfaiteurs en vue de préparer des actes terroristes". On lui reproche notamment d'avoir eu une activité sur Internet sur des forums islamistes radicaux et d'avoir échangé des messages mentionnant des projets  d'actes terroristes avec une personne identifiée par les enquêteurs comme étant un membre actif d'Al-Qaida au Maghreb Islamique (AQMI).  Il lui est également reproché d'avoir préparé et peut-être effectué des transferts de fonds visant à financer des activités terroristes.

Beaucoup de choses plus ou moins exactes ont été rapportées dans la presse, je n'y reviendrai pas dans cette note, il me semble par contre plus important d'exprimer mon ressenti personnel à l'issue de ces deux jours d'audience et de poser la question sur les limites de la justice et du droit d'un état à arrêter et juger quelqu'un sur la base de la conviction que celui-ci est sur le point de basculer dans le terrorisme actif.

C'était la première fois que je mettais les pieds dans un tribunal, l'atmosphère est curieuse, on sent tout de suite le côté suranné d'un lieu qui fait plus penser à un monument historique qu'à l'endroit où le futur des prévenus va se jouer, avec à la clé la liberté ou des années de détention. L'accueil est toutefois cordial; j'imaginais être embêté avec mon gros sac contenant mon ordinateur, mon iPad, mon téléphone, ma batterie de rechange, divers câbles informatiques, appareil photo et autres… Mais non ! rien ! juste des gendarmes aimables qui renseignent les gens perdus dans ce labyrinthe.

L'entrée de la salle d'audience était bloquée par une haie de journalistes, caméras, micros, etc. L'affaire Hicheur, dont peu de personne s'était inquiété pendant ses 30 mois (oui 30 !) de détention provisoire, était donc devenue médiatique suite à la coïncidence temporelle avec l'affaire Merah. La salle ne comptant qu'une cinquantaine de places, les  gendarmes filtraient l'entrée ; priorité aux journalistes et à la famille, puis aux comités de soutien. Là encore, j'ai vu des gendarmes courtois faisant de leur mieux pour placer le maximum de personnes dans la salle. Tout au long des deux jours d'audience, ça n'a d'ailleurs été que des allées et venues incessantes, les gens rentrant et sortant et se relayant sur des bancs au confort plutôt sommaire.

Une partie de l'assistance était constituée par le Comité Viennois de Soutien à Adlène Hicheur,  composé de la famille, des amis, des connaissances proches d'Adlène Hicheur. Franchement mesdames et messieurs les Viennois, durant ces deux jours, vous avez été impressionnants, on sentait la solidarité, la sympathie, le soutien sans faille derrière Adlène Hicheur et sa famille. Quelque chose de positif s'est dégagé de votre présence et je suis certain que cela aura une influence sur la décision des juges. 

Sur la forme :

Ce qui m'a le plus interpellé a été l'énorme décalage entre une affaire qui a pour cadre Internet, les forums et les technologies de l'information et l'incompétence de la Présidente en matière d'informatique. Par exemple, la Présidente a systématiquement prononcé Wahou à la place de Yahoo quand il s'agissait des adresses mails; elle parlera paraît-il aussi, car je n'avais pas réussi à décoder ce qu'elle disait, de fichiers "weuld" au lieu de Word. Ceci veut dire que cette dame ne manipule pas du tout l'informatique. Comment peut-elle se rendre compte si telle ou telle manipulation sur un ordinateur ou sur le net a un sens ou non ? Si l'on peut admettre qu'un juge n'ait pas cette compétence, il est par contre inadmissible de voir des erreurs du même genre dans le dossier d'instruction. Par exemple, il y a eu une confusion systématique entre des paiements par cartes de crédit via Paypal et l'utilisation de comptes Paypal. C'est tout de même grave ! Puisque l'accusation a tenté d'utiliser cela pour démontrer qu'il y avait eu des transferts de fonds à l'étranger via ce moyen.

De même, le dossier d'instruction indique que des fichiers étaient stockés et compressés dans un dossier avec "un système de cryptage particulièrement difficile à décoder". Traduction : il y avait des fichiers dans un dossier compressé avec Winrar et protégé par un mot de passe ! Ce point est d'ailleurs intéressant car un certain nombre de mails reprochés à Adlène Hicheur ont été encodés avec un logiciel de cryptographie (je n'ai pas réussi à comprendre lequel) et ont été apparemment décodés très vite. Il y a donc là un décalage avec la soit-disant difficulté de décoder un dossier Winrar ! Mon avis est que les mails ont été décodés par les services secrets américains (ce point a d'ailleurs été brièvement mentionné par l'un des avocats lors de l'audience), probablement avant l'arrestation d'Adlène Hicheur, ce qui laisse penser que les dits services secrets américains disposent de moyens considérables, ou bien qu'ils ont accès à des backdoors dans les logiciels de cryptage public. Mais est-ce vraiment une surprise ?

Dernier exemple : le dossier d'instruction ne fait pas de distinction entre des mails échangés et des traces de surf (je suppose des fichiers du cache du navigateur) retrouvés sur le disque dur !

Tout cela est hallucinant, peut-on vraiment penser que les enquêteurs soient ignares à ce point des techniques informatiques. Peut-on penser qu'un soit-disant terroriste ne prenne pas plus de précautions en utilisant des relais pour cacher ses connexions ou en utilisant un système d'exploitation virtuel pour effacer de son ordinateur toute trace de navigation. Adlène Hicheur avait sans conteste le bagage intellectuel pour mettre en œuvre ces parades s'il avait vraiment voulu se cacher.

Tout au long du procès, le décalage entre le monde Internet d'Adlène Hicheur et le monde paperassier de la justice a été particulièrement flagrant. L'accusation reproche par exemple à  Adlène Hicheur d'avoir fait des traductions au profit d'AQMI. Celui-ci répond qu'il y avait des reporters virtuels sur les forums et que ceux-ci traduisaient du matériel recueilli en divers endroits, dont des textes émanant d'AQMI… La notion de reporters virtuels est bien entendu un concept qui échappe à la Présidente...

Sur le fond :

Pour moi, toute la partie concernant le montage financier scabreux que la DCRI a tenté d'édifier  pour étayer le fait qu'il y avait bien eu passage à l'acte, ne tient pas une seconde. De même l'identification du pseudo Phoenix Shadow avec Mustapha Debchi, soit disant activiste d'AQMI, est bien faible. Je n'ai pas vu le moindre début de preuve et quand bien même Mustapha Debchi existerait, il est encore moins établi qu'Adlène Hicheur savait qui il était.

Que reste t-il donc de l'affaire ? Le contenu de quelques mails est clairement embarrassant, la teneur de certains propos laisse penser qu'il y a eu, à un moment au moins, une tentation de supporter l'action violente. Mais quelle est la limite entre le délit et la liberté de penser ? Particulièrement choquant à mon avis est le fait de revenir par trois fois au cours de l'audience sur le contenu d'un fichier contenant des propos très contestables (c'est mon avis) mais qui n'a jamais été envoyé. Ne peut-on admettre qu'un disque dur puisse contenir des documents de nature personnelle et destinés à alimenter sa propre réflexion ?

Dans la mesure où il n'y a pas passage à l'acte, chacun a le droit d'avoir ses pensées intimes, aussi violentes soient-elles. Ne peut-on considérer qu'un écrit personnel, un fichier, puisse être le prolongement de cet intime sans que cela ne soit répréhensible ?

De même, dans quelle mesure des échanges de mails peuvent-il être condamnés pénalement s'ils ne se concrétisent pas ? Est-il acceptable de maintenir quelqu'un en détention durant 30 mois sans jugement et sans qu'aucun fait nouveau ne vienne appuyer ce maintien en prison. Rappelons-le, dans cette affaire, il y a un seul prévenu et pas le début d'un commencement de preuve que quelque chose de concret ait jamais existé. Certes un état de droit doit se protéger du terrorisme, mais à quel prix ? Et surtout quelle est la limite ? Continuons un peu plus dans cette direction, et sous peu il deviendra répréhensible de critiquer l'ordre établi. Les lois d'exception que nous auront acceptées pour "notre bien" nous ferons alors sortir de cet état de droit que nous pensions justement protéger.

Le procureur a requis  6 ans de prison. Le jugement sera rendu le 4 mai.

Dominique Boutigny

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Comité International de Soutien à Adlène Hicheur

Collectif Viennois de Soutien à Adlène Hicheur

Peter Higgs … dans ATLAS et CMS … avec le détecteur de muons …

Dans cette note, je vais tenter d'expliquer simplement comment les physicien(ne)s procèdent concrètement pour mettre en évidence une nouvelle particule telle que le bosonde Higgs à partir de l'enregistrement de milliards de collisions enregistrées dans des détecteurs géants tels que ceux qui sont installés sur le collisionneur LHC au CERN. Nous allons voir que cette recherche s'apparente une enquête minutieuse, digne du Cluedo, dans laquelle la collecte d'indices conduira à débusquer le suspect, même si ce dernier est bien caché.

Le premier élément à prendre en compte est qu'on ne cherche pas au hasard. Une particule, même inconnue doit suivre des lois précises. Par exemple nous ne sommes pas  certains que le boson de Higgs existe, mais s'il existe et qu'il est standard, son taux de production et ses modes de désintégrations sont parfaitement calculable dans le cadre d'une théorie (lemodèle standard de la physique des particules dans ce cas), le seul paramètre libre étant sa masse.  De même, dans les extensions du modèle standard telles que la Supersymétrie par exemple, il existe également des bosons de Higgs dont des caractéristiques sont connues.

Les détecteurs de particules ne peuvent pas détecter directement un Higgs, celui-ci a une durée de vie bien trop brève pour laisser la moindre trace directe. Par contre le Higgs  peut être produit conjointement avec d'autres particules et surtout il va se désintégrer de diverses façons en donnant des particules suffisamment stables pour pouvoir interagir avec les détecteurs.

Les grands détecteurs tels que ATLAS et CMS sont constitués d'un assemblage de sous-détecteurs spécialisés. Par exemple, nous allons trouver des détecteurs de traces chargées capable d'enregistrer l'ionisation engendrée par le passage d'une particule dans un milieu détecteurs (gaz ou silicium suivant les cas). Ces sous-détecteurs sont généralement placés à proximité du point de collision des faisceaux. Si de plus on associe un champ magnétique aux détecteurs de traces, il va être possible de distinguer les particules chargées positivement des particules chargées négativement. Le champ magnétique va également permettre de mesurer le rayon de courbure des traces  et ainsi d'estimer l'impulsion des particules.

En allant de l'intérieur du détecteur vers l'extérieur, après le sous-détecteur de traces, on trouve normalement des calorimètres, c’est-à-dire des appareils capables d'arrêter les particules incidentes et de mesurer l'énergie qu'elles déposent. En jouant sur l'épaisseur et sur le matériau qui le compose, le calorimètre pourra soit stopper et mesurer  des particules électromagnétiques peu pénétrantes (photons et électrons) soit des hadrons beaucoup plus pénétrants (pions, kaons, protons, neutrons…). On trouve donc généralement deux calorimètres, le premier électromagnétique et le second hadronique. Ceux-ci sont en principe segmentés afin de fournir une information sur la position de la particule lors de son impact.

À la sortie du calorimètre hadronique toutes les particules ont été arrêtées sauf les muons qui sont encore plus pénétrants et qui peuvent survivre à la traversé de deux mètres de fer. Quelques plans de détecteurs de traces supplémentaires permettront de localiser le passage de ces muons et de mesurer leur impulsion.

Avec tous ces sous-détecteurs, identifier une particule revient à faire un petit jeu de déduction :

• La particule laisse une trace dans le détecteur de traces central, elle est donc chargée. Sa charge positive ou négative, est donnée par le sens de sa courbure dans le champ magnétique.
• Elle interagit peu dans le calorimètre électromagnétique et laisse un gros dépôt d'énergie dans le calorimètre hadronique, c'est donc un hadron chargé. 
• Si par contre la particule ne laisse aucune trace dans le détecteur central, mais dépose beaucoup d'énergie dans le calorimètre électromagnétique, il s'agit très probablement d'un photon.
• Si la particule est chargée (trace dans le détecteur central), qu'elle traverse les deux calorimètres en laissant peu d'énergie et qu'elle est détectée dans les détecteurs de traces externes, c'est qu'il s'agit d'un muon.

Et ainsi de suite…

Il est même possible de détecter l'indétectable neutrino en utilisant le fait que l'énergie doit être conservée ; si le bilan énergétique  des particules détectées laisse un déficit dans une région du détecteur, cela veut dire qu'une particule n'interagissant pas ou très peu avec la matière est passée par là. Il peut s'agir d'un neutrino ou bien d'une particule plus exotique non encore découverte, telle l'hypothétique neutralino, (particule supersymétrique pouvant expliquer la matière noire).

Les informations des détecteurs ne sont pas directement exploitables, il s'agit généralement de signaux électriques (Volts, Ampères ou Coulombs) provenant d'une multitude de canaux de lecture, qu'il convient d'enregistrer, de corriger en appliquant des paramètres d'étalonnage et finalement de convertir en grandeurs physiques (quadrivecteurs énergie-impulsion). Ce traitement se fait via de grands centres informatiques distribués au niveau mondial qui s'échangent les données via des réseaux à très haut débit (c'est le concept de grille de calcul). Les quantités de données à traiter sont énormes ; par exemple le LHC produit environ 15 Pétaoctets de données par an, soit 15 millions de Gigaoctets !

La réponse des détecteurs au passage d'une particule n'est pas uniforme. Afin de corriger les biais instrumentaux, on procède à une  modélisation très détaillée des détecteurs en utilisant des techniques de simulation dites de Monte-Carlo. Le moindre élément des appareillages (matériaux détecteurs, supports mécaniques, boulons, etc.) est modélisé. Ce travail très consommateur de temps de calcul est indispensable afin d'appliquer des corrections aux mesures et de remonter aux processus physiques initiaux de façon non biaisée.

Une fois les collisions reconstruites et converties en un ensemble de données compréhensibles par le physicien de base,  celui-ci procède à des analyses dans le but d'essayer de mettre en évidence tel ou tel phénomène. Pour cela on dispose donc des caractéristiques des particules reconstruites (type, énergie, direction de vol), on peut regarder en détail la zone d'interaction et mettre en évidence des désintégrations secondaires (appelées vertex) signes de l'existence éphémère de particules de courtes durées de vie. On peut aussi identifier des jets de particules, signatures de la matérialisation de quarks ou de gluons.  On regarde encore les flux d'énergie dans les différentes zones du détecteur afin de détecter d'éventuels déséquilibres et ainsi de traquer les particules n'interagissant pas ou peu avec la matière.

En résumé lorsque l'on recherche un phénomène, on essaye de mettre en évidence une topologie particulière. Par exemple, comme illustrée par l'image ci-dessous,l'une des signatures du Higgs est l'émission de quatre muons de grandes impulsions. On cherchera donc quatre traces dans les détecteurs externes.   Il s'agit là d'une signature particulièrement simple. Malheureusement la probabilité (on dit section efficace en physique des particules) est bien trop faible pour que le physicien s'en contente et il faut rechercher d'autres topologies plus complexes telles que le Higgs se désintégrant en deux photons ou encore en une paire de W, ceux-ci donnant deux leptons (électrons ou muons) et deux neutrinos indétectés.

Une collision proton-proton enregistrée dans le détecteur CMS au CERN et présentant toutes les caractéristiques de la désintégration d'un bosonsde Higgs mais pouvant tout aussi bien être due à du bruit de fond.  Source : CERN - CMS.

Chacun des signaux recherchés est dilué dans un bruit de fond plus ou moins important. Par exemple pour le Higgs en deux photons, il existe des quantités de phénomènes physiques qui engendrent des photons, la combinaison de tout ceux-ci va donc donner un bruit de fond combinatoire duquel aura bien du mal à émerger un signal.

Le travail du physicien analyste consiste dans un premier temps à trouver un ensemble de critères permettant de maximiser le signal recherché et de minimiser le bruit de fond. Ce travail d'optimisation se fait généralement en utilisant massivement des logiciels de simulation. Les collisions sont ensuite triées pour sélectionner celles qui ressemblent le plus à la topologie recherchée. À partir des collisions sélectionnées on tente alors de mettre en évidence le signal à l'aide de méthodes statistiques sophistiquées qui tirent parti de toutes les informations disponibles en combinant au besoin plusieurs modes de production ou de désintégration de la particule recherchée. C'est ainsi que l'on aboutit à des graphiques du genre de ceux qui ont été montrés par les collaborations ATLAS et CMS à la fin de l'année 2011 et qui semblent indiquer un excès de signal dans une région de masse de Higgs autour de 125 GeV.

La courbe en pointillée représente la mesure attendue avec une physique standard et en l'absence d'un signal de Higgs. Les bandes  verte et jaune indiquent les zones s'écartant de respectivement un et deux écarts standards de la prédiction et les points correspondent aux données. Toute la région se trouvant en dessous du trait horizontal pointillé, correspond à la zone de sensibilité à un éventuel signal de Higgs. L'excès observé par ATLAS et vu indépendamment par CMS est le petit intervalle dans la zone de sensibilité pour lequel les points de mesure sont au dessus de la bande jaune. Il est clair qu'avec de tels graphes statistiques, on perd aisément le sens physique de la mesure, mais c'est le prix à payer pour tirer le maximum d'information des données.

Résultat présenté par la collaboration ATLAS le 13/12/2011 au CERN et montrant une déviation non encore statistiquement significative dans la région de masse autour de 125 GeV

À la quête des ondes gravitationnelles

La théorie de la relativité générale  prédit que sous certaines conditions, une masse fortement accélérée peut produire des ondes gravitationnelles ; celles-ci se manifestent par une perturbation de l'espace-temps qui se propage à la vitesse de la lumière. L'origine de ces ondes est directement reliée à la masse, tout comme l'origine des ondes électromagnétiques est liée à la charge électrique ou magnétique.  Contrairement à la charge électrique qui existe sous deux formes : positive et négative ; la masse - autant qu'on le sache - n'existe que sous une seule forme (il n'existe a priori pas de masse négative). Ce fait a des conséquences sur la nature des ondes gravitationnelles - on dit qu'elles sont quadripolaires - et sur les phénomènes qui peuvent les engendrer, qui doivent être asymétriques.

Jusqu'à présent les ondes gravitationnelles n'ont jamais été détectées directement, par contre l'observation du pulsar binaire PSR B1913+16 a permis de mesurer précisément et de suivre l'évolution de la période de rotation des deux composantes autour de leur centre de masse. La mécanique classique est incapable de rendre compte du raccourcissement de cette période de rotation au cours du temps, par contre l'application des équations de la relativité générale permet de parfaitement expliquer les mesures par une dissipation de l'énergie du système sous forme d'ondes gravitationnelles. Cette observation a valu le prix Nobel de physique 1993  à Russel Alan Hulse et à JosephHooton Taylor Jr.

La propagation d'une onde gravitationnelle s'accompagne d'une déformation de l'espace.  Il n'y a aucune déformation dans le sens de propagation de l'onde, par contre dans le plan perpendiculaire au sens de propagation de l'onde, l'espace se contracte dans une direction et se dilate dans la direction orthogonale. L'amplitude de la déformation est minuscule et extrêmement difficile à détecter.

Toute masse accélérée de manière asymétrique émet des ondes gravitationnelle, dans la pratique, les effets ne deviennent notables que pour de très grandes masses soumises à de très fortes accélérations. Les bons candidats pour une émission massive d'ondes gravitationnelles sont des phénomènes cosmiques cataclysmiques tels que l'effondrement asymétrique d'une étoile ou la coalescence de systèmes binaires (étoiles à neutrons ou trous noirs). On suppose également qu'il existe dans l'Univers un fond d'ondes gravitationnelles dites primordiales issu de la période d'inflation qui a suivi le big-bang. Il s'agit en quelque sorte de l'équivalent gravitationnel  du rayonnement de fond cosmologique à 2.7 Kelvin qui lui est de nature électromagnétique.

La détection directe des ondes gravitationnelles constituerait une confirmation éclatante du pouvoir prédictif de la théorie de la relativité générale (bien que la mesure de la période de rotation du pulsar binaire PSR B1913+16 démontre déjà très probablement leur existence). Malheureusement cette détection est extrêmement difficile, elle consiste à mettre en évidence la variation infime de la géométrie d'un objet sous l'effet du passage d'une onde gravitationnelle. Si elle possède une géométrie adéquate, une masse test traversée par une onde gravitationnelle va vibrer en se contractant dans une direction et en se dilatant dans la direction orthogonale, la variation relative de longueur est directement reliée à l'amplitude de l'onde. On parle ici de variations relatives de longueur inférieures à 10-22 - 10-23, c’est-à-dire qu'une barre d'un mètre correctement placée, va voir sa longueur se modifier de 10-23 m, soit bien moins que la dimension d'un atome !

Deux types de détecteur ont été imaginés :

• Les barres ou les sphères vibrantes ; il s'agit de masse réalisée dans des matériaux très purs et refroidies à des températures cryogéniques pour limiter l'agitation thermique des atomes. Sous l'effet du passage d'une onde gravitationnelle, la masse vibre un peu à la manière d'une corde de guitare excitée par le passage d'une onde sonore. Tout comme la corde de guitare, ces détecteurs sont accordés sur une fréquence bien précise et seront insensibles au passage d'une onde gravitationnelle de fréquence différente.  Pour mesurer la variation de longueur de la barre on utilise un système capacitif (basé sur un condensateur) ou bien optique, basé sur une cavité résonante de type Fabry-Perot. Voir par exemple la page web de la barre vibrante AURIGA. 
• Les dispositifs interférométriques ; il s'agit d'interféromètres de Michelson c’est-à-dire de dispositif dans lesquels on injecte un faisceau laser qui se sépare dans deux bras disposés à 90 degrés l'un par rapport à l'autre. Des miroirs placés au bout des bras renvoient les deux faisceaux afin de les faire interférer. Le passage d'une onde gravitationnelle faisant varier la géométrie de l'interféromètre modifie la figure d'interférence observée. Afin d'être sensible à de très faibles amplitudes d'ondes gravitationnelles, il faut porter la longueur des bras à plusieurs kilomètres et recycler la lumière de façon à obtenir de grandes puissances lumineuses. L'avantage des interféromètres est d'être sensible à tout un domaine de fréquences. Le défi technologique est immense, car afin d'atteindre la sensibilité nécessaire, il faut réduire au minimum toutes les sources de bruit de fond (bruit thermique, bruit sismique, variation infime de la puissance du laser, variation statistique du nombre de photons interférant, etc.) qui auraient tendance à masquer l'effet recherché.

Vue aérienne de l'interféromètre VIRGO à Cascina près de Pise en Italie

Un réseau d'interféromètres géants s'est maintenant constitué avec notamment le projet européen VIRGO en Italie et le projet américain LIGO composé de trois interféromètres. Après des années de réglage les sensibilités théoriques des appareillages ont été atteintes (ce qui constitue un tour de force), mais aucun signal d'onde gravitationnelle n'a été détecté pour le moment. Les deux projets ont maintenant entamé un programme ambitieux d'améliorations afin de multiplier leur sensibilité par un facteur 10, permettant d'avoir accès à des sources 10 fois plus lointaines. Si elles existent, et peu de physiciens en doutent, les premières ondes gravitationnelles devraient être détectées entre 2015 et 2020, lorsque ces interféromètres améliorés et correctement réglés seront en fonctionnement. Une nouvelle ère expérimentale s'ouvrira alors avec une astronomie observationnelle basée sur la détection des ondes gravitationnelles.

Il existe des projets de détecteurs encore plus sensibles, c'est le cas par exemple du Télescope Einstein (ET en anglais !) qui sera 10 fois plus sensible que VIRGO et LIGO dans leur configuration finale. Il s'agira d'un interféromètre souterrain pour s'isoler des bruits sismiques et ainsi être sensibles à des fréquences plus basses qu'un détecteur en surface. Il  possèdera des bras de 10 km de long, et ses miroirs seront refroidis à une température cryogénique.

Le concept d'interféromètre spatial LISA

Une autre voie est suivie avec le projet LISA en plaçant cette fois l'interféromètre dans l'espace et en portant la taille des bras à cinq millions de kilomètres. Ce projet qui semble relever de la science-fiction est pourtant bien avancé et un démonstrateur nommé LISA Pathfinder doit être envoyé dans l'espace  en 2013. Il s'agira de vérifier qu'il est possible de placer les miroirs en chute libre et de maintenir l'appareillage autour sans contact physique. En d'autres termes, on doit être capable de placer un miroir isolé en orbite et faire en sorte que le satellite se maintienne autour du miroir en asservissant sa position à l'aide de micro-moteurs. LISA est la seule voie possible pour atteindre les très basses fréquences de l'ordre du milihertz. Si les difficultés technologiques sont résolues LISA détectera à coup sûr toute sorte d'ondes gravitationnelles, le challenge consistera  alors à comprendre d'où elles proviennent.

LISA et Einstein devraient voir le jour dans les années 2020 et ouvrir la voie à des avancées physiques passionnantes.


Référence complémentaire :
http://www.cnrs.fr/publications/imagesdelaphysique/couv-PDF/IdP2010/03_Virgo_Laser.pdf