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D'où viennent les particules qui composent l'ensemble de l'Univers ? Quelle est l'origine de la matière qui nous entoure ? Comment expliquer le mouvement des galaxies entre elles ? Voici quelques-unes des questions enthousiasmantes auxquelles le LHC*, le plus puissant accélérateur de particules du monde, pourrait bientôt apporter des réponses. Comment ? En reproduisant des conditions proches de celles du Big Bang, il y a 14 milliards d'années.

Depuis le 30 mars dernier, les chercheurs du monde entier exultent car cette formidable machine à  remonter le temps, installée à  la frontière franco-suisse au Centre européen de recherche nucléaire (CERN), a franchi une nouvelle étape : pour la première fois dans l'histoire de la physique des particules, des faisceaux de protons sont entrés en collision à  une énergie de 7 TeV. "Une fenêtre en énergie jamais explorée à  ce jour et qui ouvre la porte à  la découverte de nouvelles particules", commente Anne-Isabelle Etienvre, chercheuse en physique au CEA de Saclay.

Matière noire et antimatière...

Elle fait partie de la trentaine de physiciens du CEA qui travaillent sur Atlas, un des quatre projets du LHC, aux côtés de 200 autres chercheurs français. "Notre objectif premier, sur Atlas, est de trouver le fameux 'boson de Higgs', cette particule supposée donner de la masse à  toutes les particules de l'Univers, et sur laquelle repose toute la physique des particules, mais qui n'a pas encore été détectée". Autres champs de recherche "assez excitants", selon Anne-Isabelle Etienvre : découvrir de nouvelles particules qui permettraient de comprendre, par exemple, l'origine de la "matière noire", utilisée aujourd'hui pour expliquer les mouvements des galaxies.

Le projet CMS, auquel participe également le CEA, se propose lui aussi de tester toutes les théories de physique existantes ou nouvelles. A l'inverse, les projets Alice et LHCb sont destinés à  des expériences spécifiques : l'étude d'un état particulier de la matière aux origines de l'Univers (le plasma quark gluon) pour Alice et les rapports entre matière et antimatière pour le LHCb. Comment se fait-il par exemple que l'antimatière ait aujourd'hui pratiquement disparu, alors qu'à  l'origine l'Univers était composé d'autant de matière que d'antimatière ? "C'est grâce à  cette évolution et à  cette asymétrie entre matière et antimatière que nous existons aujourd'hui !", souligne Anne-Isabelle Etienvre.

Prouesse technologique

Aux côtés de chercheurs du monde entier, les physiciens du CEA de Saclay - impliqués sur trois des quatre projets du LHC - vont maintenant pouvoir étudier très précisément ce qui ressort des collisions de particules réalisées dans les quatre détecteurs de l'accélérateur, comparer les résultats avec les théories et aboutir, peut-être, à  d'étonnantes découvertes dans les prochaines années. "Nous sommes très confiants, assure Anne-Isabelle Etienvre, car l'accélérateur et ses détecteurs sont l'aboutissement d'un travail mené depuis près de 20 ans et auquel le CEA, en collaboration avec les laboratoires du CNRS, a largement contribué : des pans entiers du détecteur d'Atlas ont en effet été construits ici, en Essonne, notamment le calorimètre électromagnétique et les aimants toroïdaux, ces énormes bobines qu'on voit sur toutes les photos d'Atlas et qui développent le plus grand champ magnétique artificiel au monde." Une prouesse technologique qui sera peut-être bientôt doublée de prouesses issues, elles, de la matière grise de nos chercheurs...

* Large Hardon Collider ou Grand collisionneur de hadrons.