Bruxelles, le 3 août 2011 Publication dans Physical Review

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COMMUNIQUÉ DE PRESSE
Bruxelles, le 3 août 2011
Publication dans Physical Review Letters : nouvelle particule détectable au LHC ?
Des chercheurs de l’ULB, la VUB et Princeton postulent l'existence d'une nouvelle particule qui
aurait des conséquences testables au LHC (CERN) ainsi que des applications à la cosmologie. Leur
recherche est publiée dans Physical Review Letters.
Le Modèle Standard de la physique des particules est très bien établi. Une de ses caractéristiques
principales est le mécanisme de brisure de la symétrie électrofaible, le mécanisme de Brout-
Englert-Higgs. Toutefois, ce modèle n'explique pas pourquoi cette brisure s'opère à une échelle
d'énergies de 100 GeV, c’est-à-dire 100 fois la masse du proton. Pire encore, le modèle plus
simple de brisure (par la particule ou Boson de Higgs) n'explique pas non plus pourquoi les
corrections quantiques ne modifient pas radicalement cette échelle d'énergie.
La supersymétrie apporte une solution à ce problème.
La supersymétrie postule que pour chaque particule du Modèle Standard, il existe une particule
supersymétrique « image ». La supersymétrie doit elle aussi être brisée ; cette brisure doit
s’opérer à l’échelle du TeV, c’est-à-dire 10 fois plus que l’échelle électrofaible et précisément
l’énergie sondée par le collisionneur LHC au CERN.
Une des tâches principales du collisionneur LHC est donc de vérifier si le boson de Higgs
existe ou pas et si la supersymétrie est réalisée ou pas en Nature.
Par des principes théoriques tout à fait généraux, quand une symétrie est brisée, il y a
généralement une particule légère associée à cette brisure. Dans le cas de la supersymétrie, cette
particule est le gravitino.
Lors de collisions au LHC, si des particules supersymétriques étaient produites, elles finiraient par
se désintégrer dans le gravitino qui s'échapperait du détecteur sans être observé. Ces collisions
auraient donc la particularité de manifester une énergie manquante, l'énergie emportée par le
gravitino. C'est ce type de signal qui sera étudié avec une grande attention dans les expériences
CMS et ATLAS au LHC.

Au sein du service de Physique théorique et mathématique (Faculté des Sciences) de
l’ULB, Riccardo Argurio étudie la théorie de supersymétrie.
En collaboration avec des collègues de la VUB - Alberto Mariotti, chercheur post-doctoral – et
de Princeton - Zohar Komargodski, chercheur de l'IAS de Princeton et du Weizmann Institute en
Israel -, le chercheur propose un modèle qui postule l'existence de plusieurs secteurs
cachés où la supersymétrie est brisée indépendamment.
Dans un article publié dans la revue Physical Review Letters du 5 août, les chercheurs se mettent
dans le contexte de modèles où le gravitino est très léger (comme un électron ou même plus
léger).
Au niveau théorique, la présence de plusieurs secteurs implique la présence de nouvelles
particules semblables au gravitino, appelées « pseudo-goldstino ».
Les chercheurs ont réussi à calculer les effets quantiques en théorie des champs qui donnent à ces
particules une masse pouvant se situer entre la masse du proton et celle des bosons W et Z (c-à-
d l'échelle électrofaible de 100 GeV). Cette particule, qui échapperait aussi aux détecteurs, peut
ressembler à un gravitino anormalement lourd. C'est cette caractéristique qui peut la rendre
intéressante, au cas où un signal d'énergie manquante ne pourrait pas être expliqué par le modèle
supersymétrique le plus simple. Par ailleurs, cette même particule pourrait apporter une solution
au problème de la matière noire.
Ces résultats théoriques publiés dans Physical Review Letters sont à mettre en relation avec les
expériences en cours au LHC. En effet, si ce scénario « gravitino/pseudo-goldstino » était vérifié, il
devrait être possible de le distinguer du scénario habituel assez rapidement. Reste évidemment à
savoir si la supersymétrie est réalisée en Nature ou pas...
URL: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.107.061601
DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.061601
Informations scientifiques :
Riccardo Argurio, Physique théorique et mathématique, ULB
+ 32 (0)2 650 59 11 ou [e-mail]