Higgs, hadrons, grandes idées : Les expériences du CERN récompensées par le prix Breakthrough

Le Breakthrough Prize in Fundamental Physics a été créé en 2012 pour récompenser les personnes qui ont contribué de manière significative à transformer notre compréhension de l'univers au niveau le plus fondamental. Doté d'un montant total de trois millions de dollars américains, il s'agit du prix le plus richement doté en physique.

Cette année, le prix a été décerné en reconnaissance des travaux novateurs réalisés par quatre grands groupes de scientifiques qui ont recueilli des données précieuses au cours de la deuxième phase d'exploitation du Grand collisionneur de hadrons (LHC) jusqu'en juillet 2024.

«Je suis ravi que nous - la communauté internationale de recherche sur le LHC du CERN - ayons reçu ce prix. Cela confirme que de grandes choses peuvent être réalisées grâce à la collaboration internationale», a déclaré le recteur de l'ETH Zurich et physicien des particules Günther Dissertori. Avec ses collègues de l'ETH Zurich Felicitas Pauss, Christoph Grab, Annapaola de Cosa et Rainer Wallny, il a participé au développement et à l'exploitation du détecteur de particules CMS (Compact Muon Solenoid) au LHC et l'utilise toujours dans ses recherches.

«Ce prix est une preuve impressionnante que le LHC permet de mener bien plus de recherches fondamentales que la 'simple' découverte d'une particule élémentaire», ajoute Rainer Wallny.

Dans un communiqué de presse, Fabiola Gianotti, directrice générale du CERN, a également salué le prix comme étant «une belle reconnaissance des efforts collectifs, du dévouement, de la compétence et du travail acharné de milliers de personnes du monde entier qui contribuent chaque jour à repousser les limites de la connaissance humaine».

Le raisonnement du jury se lit comme un condensé de la physique moderne des particules. Le prix a été décerné pour «les mesures détaillées des propriétés du boson de Higgs confirmant le mécanisme de brisure de symétrie de la génération de masse, la découverte de nouvelles particules en interaction forte, l'étude de processus rares et de l'asymétrie matière-antimatière, et l'exploration de la nature sur les distances les plus courtes et dans les conditions les plus extrêmes au Grand Collisionneur de Hadrons du CERN».

Le prix a été remis aux anciens et ancienne porte-parole des expériences : Andreas Hoecker (ATLAS), Patricia McBride (CMS), Marco Van Leeuwen (ALICE) et Vincenzo Vagnoni (LHCb).

Jalons de la physique moderne

ATLAS et CMS sont des expériences polyvalentes qui poursuivent l'ensemble du programme d'exploration offert par les faisceaux de protons et d'ions à haute énergie et à haute intensité du LHC. En 2012, les collaborations qui mènent ces expériences ont annoncé la découverte du boson de Higgs, une étape importante dans l'histoire de la physique qui a été récompensée un an plus tard par le prix Nobel de physique. Toutefois, le prix n'a pas été attribué directement aux expériences LHC ATLAS et CMS ni au CERN lui-même, mais aux physiciens théoriciens François Englert et Peter Higgs.

Outre ATLAS et CMS, deux autres expériences sont menées au LHC : l'expérience ALICE, consacrée à l'étude du plasma de quarks et de gluons, un état de la matière extrêmement chaud et dense qui existait dans les premières microsecondes après le Big Bang. L'expérience LHCb, quant à elle, explore les différences infimes entre la matière et l'antimatière, la violation des symétries fondamentales et les spectres complexes des particules composites («hadrons») constituées de quarks lourds et légers.

Prix pour les jeunes scientifiques

Le prix de la Fondation CERN et Société, d'un montant de trois millions de dollars américains, sera attribué en concertation avec les équipes de gestion des expériences. L'objectif est de financer des bourses pour des doctorant·es afin de financer leur temps de recherche au CERN, ce qui leur permettra d'acquérir une expérience internationale et d'appliquer leur savoir-faire dans leur propre pays.

Les expériences primées ont redéfini les limites de la physique des particules grâce à leurs analyses précises. À partir de 2030, le LHC deviendra encore plus puissant dans le cadre de la mise à niveau à haute luminosité. L'objectif est de mieux comprendre la structure de l'univers et, éventuellement, de faire de nouvelles découvertes à l'horizon de la physique.

«Ce prix souligne la valeur de la recherche fondamentale et j'espère qu'il aura un effet de signal pour la politique et la société. La prochaine étape décisive dans la poursuite de cette recherche devrait être le futur collisionneur circulaire du CERN. Pour réaliser le projet du plus grand accélérateur circulaire du monde, tous les pays qui ont soutenu le CERN jusqu'à présent doivent travailler ensemble», a déclaré Rainer Wallny.