Du graviton au monopôle magnétique: les hypothétiques particules subatomiques que certaines théories physiques prédisent et que nous n’avons pas encore trouvées

À l’époque, le boson de Higgs était une particule hypothétique. Il en était de même pour le photon ou les bosons W et Z. Ils correspondent tous au modèle standard de la physique des particules. Une théorie qui au fil des années et des améliorations successives des accélérateurs s’est consolidée. Même ainsi, il existe encore un grand nombre de particules subatomiques où Bien que les théories prédisent leur existence, elles n’ont pas encore été détectées empiriquement.

Dans ce groupe de particules subatomiques hypothétiques, nous en trouvons certaines là où il y a des preuves et un consensus considérables, comme le graviton, même d’autres, comme les tachyons, où elles n’ont une place que dans des modèles théoriques avec moins de support.

Graviton

Théorisé depuis les années 1930, le graviton est la particule hypothétique qui serait la en charge de transmettre l’interaction gravitationnelle. De manière équivalente à la façon dont le photon est la lumière ou l’électron est la charge négative, le graviton serait la particule qui constitue la transmission de la gravité.

La théorie quantique des champs est considérée comme assez réussie pour décrire l’univers et elle prédit l’existence de ce boson qui fonctionnerait de la même manière que le photon. Sa masse serait inférieure à 1,6 x 10^-66 g, bien qu’il ne soit pas exclu qu’il soit totalement nul. En transportant si peu d’énergie, sa détection est extrêmement difficile.

L’une des possibilités proposées est cherchez-les autour d’événements gravitationnels extrêmes comme les fusions de trous noirs.

Tachyon

Le physicien Arnold Sommerfeld a été le premier à en parler au début du XXe siècle, mais ce n’est qu’en 1967 que Gerald Feinberg les a nommés. C’est l’une des particules subatomiques hypothétiques les plus populaires de la science-fiction, car son existence pourrait impliquer que le principe de causalité est rompu et que le voyage dans le temps ce serait une possibilité.

Nous nous référons à un tachyon comme cette particule qui serait capable de se déplacer plus vite que la lumière. Une particule supraluminale qui ne pourrait pas être observée et qui, selon la théorie de la relativité d’Einstein, aurait une masse imaginaire et un temps propre.

Dans la théorie quantique des champs et dans certaines versions de la théorie des cordes, son existence est établie, car mathématiquement, il existe des éléments pour localiser l’ajustement de ces particules. En 2011, une expérience du CERN a fait beaucoup de bruit pour détecter qu’un neutrino tau avait voyagé à une vitesse supérieure à la lumière. Cependant, des examens ultérieurs ont indiqué qu’il s’agissait d’une lecture erronée.

Slepton et squark

La supersymétrie, également connu en anglais sous l’acronyme SUSY, est une extension du Standard Model of Particles. Pour le moment, l’existence de cette supersymétrie n’a pas été prouvée expérimentalement, mais c’est une théorie largement utilisée pour expliquer certaines propriétés des bosons et des fermions.

Une des conséquences de cette supersymétrie est l’existence de «super compagnons». De là surgiraient les sleepons, ceux correspondant aux leptons mais de spin 1, et les squarks, les particules superpartenaires des différents quarks, de spin 0. Parmi ces groupes de particules on trouve toute une série de nouvelles particules hypothétiques.

Au cours des années 80, c’était une théorie très populaire, mais le manque de preuves lors du lancement du Grand collisionneur de hadrons au CERN a soulevé de nombreux doutes.

Chargino, fotino, wino, zino, gravitino, gluino …

Si la supersymétrie est confirmée, nous nous retrouverons devant un grand nombre de nouvelles particules subatomiques. Le « super compagnon » est généralement désigné par un nom se terminant par « -ino »On a donc le chargino pour les fermions chargés électriquement, le Higgsino pour celui correspondant au boson de Higgs, le wino pour le boson W ou le photino pour le photon.

Également dans cette catégorie de particules hypothétiques se trouve le neutralino, qui est considéré comme un bon candidat pour une «particule massive à faible interaction» (WIMP). Un type de particule qui pourrait expliquer l’origine de la matière noire.

Odderon

Jusqu’à il y a quelques semaines, l’odderon était une particule hypothétique, bien que le LHC du Le CERN a confirmé son existence, 50 ans après sa prédiction. C’est une combinaison rare de trois particules fondamentales.

Simone Giani, porte-parole du CERN, explique que le constat « tester les idées les plus profondes de la théorie quantique de la chromodynamique, en particulier celui qui définit que les gluons interagissent les uns avec les autres et qu’un nombre impair d’entre eux peuvent être «incolores» et masquer ainsi leurs interactions ».

Axion

Un autre candidat pour expliquer la matière noire est l’axion. Son existence a été postulée en 1977 par la théorie Peccei-Quinn et nous serions face à une particule de très petite masse et sans charge électrique. Selon les théoriciens, certains photons pourraient temporairement devenir des axions. Cela aiderait à expliquer pourquoi les photons à haute énergie peuvent éviter d’être absorbés par le rayonnement de fond.

Aux premiers stades de l’univers, un grand nombre de ces axions auraient été produits, mais pour le moment nous sommes loin de vérifier leur existence. À l’Université de Washington se trouve l’expérience ADMX qui pourrait détecter si la matière noire est constituée de ces particules hypothétiques.

Caméléon

Au Fermilab, en plus de la recherche d’axions, ils essaient également de trouver des signes de caméléons avec l’expérience GammeV. Nous sommes confrontés à un particule prévue en 2003 par Khoury et Weltman et où sa masse viendrait en fonction de la densité d’énergie.

Son existence aiderait à expliquer l’accélération de l’expansion de l’univers, étant dans ce cas l’une des particules candidates pour expliquer l’énergie noire. Pour tester la théorie des caméléons, une tentative a été faite pour les détecter en 2010, sans succès. Aujourd’hui, des simulations continuent d’être faites pour découvrir comment elles pourraient s’emboîter.

Gravifoton

Comme décrit par la théorie de Kaluza-Klein, une généralisation de la relativité générale, le graviphoton serait une particule analogue au photon mais le résultat du champ gravitationnel. Nous serions devant un « super partenaire » du graviton. Contrairement à ce dernier, il pourrait également fournir une force répulsive et donc une sorte de anti-gravité.

En 1979, J Scherk a tenté d’enquêter et de modéliser son existence, mais pour le moment, le graviphoton est généralement inclus comme l’une des particules les plus hypothétiques et sans base solide sur laquelle poursuivre ses recherches.

Bosons X et Y

Les bosons X et Y sont prédits par le modèle de Georgi-Glashow, un tentative de théorie de la grande unification. Ils sont analogues aux bosons W et Z et ouvriraient la possibilité de nouveaux phénomènes tels que la désintégration du proton. Ces bosons hypothétiques se coupleraient à des quarks et des leptons et permettraient la violation de la conservation du nombre de baryons. En suivant cette théorie, il serait utile de savoir pourquoi il y a un excès de matière par rapport à l’antimatière.

Monopôle magnétique

Paul Dirac, père de l’électrodynamique quantique, n’a pas accepté la asymétrie apparente des équations de Maxwell. En raison de cette vision, il a formulé l’existence du monopole magnétique, une particule élémentaire hypothétique qui ne contiendrait qu’un pôle magnétique et serait donc l’équivalent de la charge magnétique.

Dans les années 1970, Gerard ‘t Hooft et Aleksandr Polyakov ont décrit les monopoles comme le résultat des théories de la grande unification. S’ils existent, ce seraient des particules extrêmement massives.

Bien que leur existence ne soit pas prouvée, ces dernières années, ils ont atteint différentes expériences qui ont analysé des monopôles magnétiques. Tant dans le Grand collisionneur de hadrons avec l’expérience MoEDAL (‘Monopole and Exotics Detector at the LHC’), dans les cristaux, dans ATLAS, dans la matière condensée ou avec le télescope ANTARES.

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