Projet de recherche P5/27 Interactions fondamentales: au carrefour

Projet de recherche P5/27
Interactions fondamentales: au carrefour de la
théorie, de la phénoménologie,
de l'expérience et de l'inconnu
Fundamental interactions : at the boundary of theory, phenomenology and
experiment
(Prof. J.-M. Gérard, Faculté des sciences)
Description
Améliorer notre appréhension des Interactions Fondamentales par une collaboration
plus étroite entre les chercheurs belges actifs en physique théorique et
expérimentale.
Les Interactions Fondamentales comprennent la force électrofaible, les interactions
fortes et la gravitation. Leur étude vise à comprendre les mécanismes naturels au
niveau le plus intime, en ce compris l’origine même de l’Univers, par une recherche
de pointe. Les équipes reprises dans ce projet sont reconnues internationalement
dans leur domaine. Déjà, des intérêts communs engendrent des activités bilatérales
en nombre (séminaires et écoles communs, collaborations ponctuelles,...) ; une
collaboration plus étroite, en particulier entre expérimentateurs et théoriciens
accroîtra grandement l’efficacité de l’ensemble du programme de recherches.
- Certains groupes poursuivent une approche théorique, (en ce inclus les modèles
phénoménologiques), pour comprendre et prédire les interactions des particules
élémentaires. Une unification fondamentale de la gravitation et des théories de
jauge (par exemple au niveau de la théorie des cordes) est leur but ultime. Les
prédictions des théories récentes, notamment en ce qui touche la supersymétrie ou
les dimensions supplémentaires, entrent maintenant dans le champ des possibilités
expérimentales, et une connaissance tant des ultimes développements théoriques

qu’expérimentaux est essentielle pour choisir dans quels canaux se trouveront les
tests décisifs.
- Les groupes expérimentaux oeuvrent au sein de grandes collaborations
internationales, utilisent les accélérateurs les plus puissants et des dispositifs
d’observation de pointe pour rassembler l’information qui permette de confirmer les
théories, ou contraindre à une approche nouvelle.
Des outils mathématiques puissants (les théories de cordes et de membranes), et
des outils théoriques (comme la recherche de l’origine fondamentale de la violation
de CP) sont mis en oeuvre. Simultanément, l’approche expérimentale bénéficiera de
l’interaction avec les théoriciens ; nous en donnons ci-dessous deux exemples.
Avec la fin du programme LEP, qui étudia les vecteurs des interactions
fondamentales, l’étape suivante est au CERN le grand collisionneur à hadrons
(Large Hadron Collider), qui étudiera les mécanismes mêmes d’unification. La cible
principale, c’est le « boson de Brout-Englert-Higgs », à la fois clé de voûte de
l’unification électrofaible, et la clé des développements futurs : supersymmetrie,
dimensions supplémentaires macroscopiques,... Si la prise de données ne doit
débuter qu’en 2006, c’est maintenant qu’il faut déterminer la stratégie de recherche.
En particulier, une des difficultés consiste en l’extraction des informations cruciales
d’un bruit de fond colossal. Ce processus d’analyse et de sélection des données doit
être mis en place très tôt, et est nécessairement guidé par des considérations
théoriques. Une situation similaire se retrouve avec le télescope à neutrinos
AMANDA , situé sous la glace Antarctique, pour y détecter les signaux de haute
énergie provenant d’événements à l’échelle cosmique.
Si la partie construction (Hardware) des activités expérimentales est couverte par
d’autres sources de financement (FNRS , FWO et fonds associés), un effort
considérable pour l’interprétation des données doit encore être poursuivi. Ici, la
contribution des groupes théoriques pour isoler les signaux-clefs pourra se
développer grâce au contrat PAI.
Les chercheurs postdoctoraux sont un maillon essentiel dans cette activité de
recherche, car ils amènent à la fois des collaborations et un échange entre les

groupes. Le manque structurel de postes postdoctoraux est toutefois un obstacle
permanent, que la demande présente permettra de lever.
Le but ultime de cette demande est d’améliorer notre compréhension des
interactions fondamentales. Dans ce but, nous devons :
- Développer le potentiel de chaque groupe par des moyens supplémentaires,
essentiellement en personnel (postdocs).
- Resserrer la collaboration et les liens entre les activités des groupes participants.
- Former un nombre significatif de jeunes scientifiques qui conjuguent l’excellence
dans leur propre domaine, et une appréhension suffisante des domaines voisins
pour poursuivre de la façon la plus effective la quête d’une meilleure compréhension
des lois physiques.
Personnes
Prof. dr. FRERE J.-M Université Libre de Bruxelles (ULB)
Coordinateur du projet
Partenaire financé belge
Durée: 1/1/2002-31/12/2006
Prof. dr. TROOST W. Katholieke Universiteit Leuven (KUL)
Partenaire financé belge
Durée: 1/1/2002-31/12/2006
Prof. dr. DE WOLF E. Universiteit Antwerpen (UA)
Partenaire financé belge
Durée: 1/1/2002-31/12/2006
Prof. dr. GERARD J.-M Université Catholique de Louvain (UCL)
Partenaire financé belge
Durée: 1/1/2002-31/12/2006

Prof. dr. BERTRAND D. Université Libre de Bruxelles (ULB)
Partenaire financé belge
Durée: 1/1/2002-31/12/2006
Prof. dr. HERQUET P. Université de Mons - Hainaut (UMH)
Partenaire financé belge
Durée: 1/1/2002-31/12/2006
Prof. dr. SEVRIN A. Vrije Universiteit Brussel (VUB)
Partenaire financé belge
Durée: 1/1/2002-31/12/2006
Dr. ABEL S. Durham University (DUR)
Partenaire financé étranger
Durée: 1/1/2002-31/12/2006
Prof. dr. ENGELEN J.J. Nationaal Instituut voor Kernfysica en Hoge-energiefysica
(NIKHEF)
Partenaire financé étranger
Durée: 1/1/2002-31/12/2006
Prof. dr. TRAN THANH VAN J. Université de Paris XI-ORSAY (U-PSUD)
Partenaire financé étranger
Durée: 1/1/2002-31/12/2006