Les particules de quatrième génération

Les physiciens ont construit un modèle, confirmé par les expériences, des constituants fondamentaux de l’Univers. Néanmoins, les expériences menées au LHC pourraient révéler d’autres types de particules subatomiques.

Tout ce que nous voyons – par exemple une tasse, un ordinateur ou un être humain – est constitué de trois particules élémentaires seulement : deux types de quarks, formant le noyau de l’atome, et l’électron, en orbite autour de ce noyau.

Mais les physiciens ont découvert que ces particules, qui nous sont les plus familières, ont des cousins plus lourds, d’autres particules élémentaires, ayant en partie les mêmes propriétés, mais ayant des masses bien différentes. Au cours du siècle dernier, les physiciens ont découvert 12 particules élémentaires, qu'ils ont organisées de façon à constituer le Modèle standard de la physique. Ce modèle sert en quelque sorte de classification périodique des éléments pour la physique des particules.

Les quarks, particules qui constituent le noyau, comptent six variétés, appelées up, down, charme, étrange, top et bottom (aussi appelé beauté). Les quarks up et down constituent l’essentiel de la matière qui nous entoure. Ce sont les quarks les plus légers, et on les appelle quarks de première génération. Les quarks charme et étrange, plus lourds, constituent la deuxième génération, et les quarks top et bottom, encore plus lourds, constituent la troisième.

De même, les physiciens ont découvert des copies plus massives des électrons : une deuxième génération de particules qu’ils appellent muons et une troisième qu'ils appellent tau.  Ces particules de deuxième et troisième générations sont extrêmement instables et se désintègrent en particules de première génération.

Même les particules élémentaires appelées neutrinos, qui sont presque dépourvues de masse et n’interagissent que très peu avec le reste de la matière, présentent trois générations.

Les théoriciens se demandent pourquoi la nature s’en serait tenue là. Il est possible qu’il existe une quatrième génération de particules. Les expériences du LHC pourraient découvrir des particules de quatrième génération, trop massives pour avoir été créées dans les accélérateurs plus anciens. D’après les expériences, les physiciens savent par exemple qu'il ne peut exister que trois générations de neutrinos légers ; une quatrième génération de neutrinos aurait nécessairement au moins 50 fois la masse du proton.

Les modèles de quatrième génération pourraient ouvrir de nouvelles perspectives sur certains des grands mystères de la physique contemporaine : le déséquilibre entre matière et antimatière, les effets de la matière noire, ou encore l’origine de la masse.

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