De nombreuses questions restent ouvertes concernant le modèle standard de la physique des particules (SM), qui constitue actuellement la meilleure description que nous ayons du monde de la physique des particules. Les physiciens expérimentaux et théoriciens s'affrontent dans une saine compétition pour examiner le SM et en identifier les parties qui nécessitent des explications plus approfondies, au-delà des défauts bien connus du modèle, comme les masses des neutrinos.
Les expériences menées au LHC et dans d'autres installations du CERN peuvent détecter des signatures spécifiques là où les données s'écartent légèrement des prédictions théoriques. Il est crucial de continuer à explorer si de tels écarts potentiels pourraient soit révéler une nouvelle physique, soit être expliqués par le SM.
Pour distinguer le signal du bruit de fond dans une expérience, les physiciens théoriciens doivent calculer tous les processus complexes avec une extrême précision. Cela implique d'examiner de petits détails, y compris des quantités observables telles que le nombre d'événements ou des détails cinématiques d'un processus spécifique qui pourraient révéler l'empreinte d'un phénomène encore inconnu.
De tels calculs améliorent, par exemple, la précision des mesures de masse du boson W et du quark top, ainsi que la forte constante de couplage.
La force forte et son couplage sont les moins bien connus de tous dans le SM, mais ils régissent presque tous les processus du LHC. De plus, les calculs de précision aident à développer de nouvelles techniques pour décrire les processus de diffusion et comment les simuler efficacement.
Ces calculs étaient déjà difficiles à l'époque du LEP, mais le LHC les a poussés à un nouveau niveau, conduisant à une explosion de la complexité informatique et donc au besoin de nouvelles méthodes pour calculer les processus de diffusion.
Divers aspects des calculs de précision sont devenus essentiels pour l'analyse des données dans les expériences modernes :par exemple, ils sont nécessaires pour le calcul d'amplitudes de diffusion complexes décrivant l'état final immédiatement après une collision, comme la production de trois particules après la collision de deux protons. .
Un exemple frappant est la production associée du boson de Higgs, en particulier à deux quarks t. En raison des nombreux mécanismes de production et états finaux possibles, la nouvelle physique peut entrer de différentes manières. Les physiciens théoriciens doivent donc calculer chaque mode de production avec une grande précision.
Le calcul des amplitudes de diffusion n’est qu’un petit élément du domaine plus vaste des calculs de précision. Les générateurs d'événements Monte Carlo en sont un autre. Ces calculs visent à décrire toutes les étapes du processus de diffusion, depuis les quelques particules produites lors de la collision jusqu'aux centaines de particules observées dans le détecteur. À chaque étape, la physique sous-jacente est interprétée de manière probabiliste et simulée avec les méthodes de Monte Carlo, essentielles pour les simulations pouvant être adoptées par les expériences comme contrôle robuste des incertitudes systématiques dans leurs analyses.
Un exemple crucial est la fusion vecteur-boson, où deux quarks se dispersent et échangent un boson faible qui crée, entre autres particules, un boson de Higgs. Calculer ce processus avec un générateur de Monte Carlo est une tâche très complexe mais importante, car la nouvelle physique peut potentiellement se cacher dans les détails de l'état final.
"Il y a quelques décennies, cela n'était pas possible. Aujourd'hui, notre capacité à décrire les données avec une précision allant jusqu'à 5 % ou mieux met en valeur la puissance des calculs de premier principe et leur capacité à refléter avec précision la complexité d'un environnement de collisionneur de hadrons, tel que comme le LHC, j'ai vraiment hâte de voir ce que l'ère du LHC à haute luminosité et des futurs collisionneurs nous apportera", déclare Pier Monni, physicien théoricien au CERN.
Fourni par le CERN
