Projet de recherche P6/11 (Action de recherche P6)
Améliorer notre compréhension des Interactions Fondamentales par une collaboration plus étroite entre les équipes de recherche belges engagées dans des approches théoriques ou expérimentales.
Les interactions fondamentales comprennent les forces électrofaibles, les interactions fortes et la gravitation. Le but de leur étude vise à dévoiler, par un travail aux confins des connaissances actuelles, les mécanismes de la Nature à leur niveau le plus intime, incluant l’origine de l’Univers. La phase précédente du programme PAI, incluant la plupart des équipes actuelles (IAP V/27), a déjà apporté une collaboration plus étroite entre théoriciens et expérimentateurs. Ce fait a été reconnu avec enthousiasme par une évaluation approfondie à posteriori, qui a apprécié les réalisations du PAI par une note « excellente » sur tous les points.
Suit une brève description des activités des groupes théoriques et expérimentaux :
- certains groupes poursuivent une approche théorique (incluant des modèles phénoménologiques), avec comme finalité de comprendre ou de prédire les interactions des particules élémentaires. Une unification fondamentale de la gravitation et des théories de jauge (par exemple via les cordes) en serait un but ultime. Les prévisions de nouvelles théories comme les dimensions spatiales supplémentaires ou la supersymétrie sont justes à la portée des recherches expérimentales et il est important de rester en contact étroit avec les expériences pour pouvoir suggérer les signatures qui pourront être testées le plus efficacement.
- les groupes expérimentaux sont de grandes collaborations internationales, exploitant les accélérateurs les plus performants et les instruments d’observation de toute dernière génération afin collecter les données nécessaires pour tester ces théories ou pour susciter de nouvelles approches.
- de nouvelles techniques mathématiques (à l’intérieur de la théorie des cordes et des « branes ») et de modélisation phénoménologique (dans le recherche de l’origine fondamentale du concept de masse, du mélange de saveurs et de la violation de CP) sont investiguées. Ces approches théoriques bénéficient de liens étroits avec les groupes expérimentaux.
Nous donnons juste deux exemples :
Après le programme du LEP, qui a étudié le domaine des interactions fondamentales, l’étape suivante au CERN est le « Large Hadron Collider », qui recherchera les mécanismes d’unification. L’objectif principal, le boson de « Brout-Englert-Higgs », est à la fois la clé de voûte manquante de l’unification électrofaible et la clé ouvrant sur une recherche d’extensions plus fondamentales. Alors que la prise de données commencera en 2007 ou 2008, la stratégie de recherche doit être affinée bien avant. Parmi d’autres, une tâche difficile sera d’extraire l’information cruciale d’un bruit de fond énorme. Tant la mise au point de cette sélection que l’interprétation des données nécessite le développement d’outils d’analyse et de modélisation spécifiques. Cette phase doit débuter des années avant le début de la prise de donnée et requière un dialogue soutenu entre théoriciens et expérimentateurs. Ce travail, qui bénéficie pleinement de notre participation au précédent PAI, s’amplifiera et portera ses fruits dans la phase concernée ici.
Une situation très similaire se présente dans le cas du télescope à neutrinos IceCube, situé au Pôle Sud, et destiné à détecter des événements cosmiques à très haute énergie.
Alors que la partie instrumentale des activités est couverte par d’autres sources de financement (FNRS, FWO et Fonds Associés), le PAI nous permet de développer un effort considérable au niveau de l’interprétation des données, effort qu’il est essentiel de pouvoir poursuivre. Dans ce but, l’aide apportée par la contribution des groupes théoriques à la mise en évidence des signaux clés sera développée grâce au présent contrat de recherche.
Les chercheurs post-doctoraux sont un élément essentiel de cette recherche car ils apportent collaboration et échanges entre les groupes. Le manque structurel de ces emplois post-doctoraux est cependant un obstacle bien connu que la phase précédente du PAI a aidé à résoudre. Nous avons attaché une importance toute particulière au recrutement de ces chercheurs à un niveau international et la PAI a ainsi accru la visibilité des groupes belges.
Avec les réformes récentes du système éducatif européen, la mobilité des chercheurs a augmenté considérablement, déjà au niveau de la thèse de doctorat. Bien que ce changement soit positif, nous devons nous attendre à ce qu’une fraction de nos doctorants parte étudier à l’étranger. Nous comptons compenser cela en offrant à des étudiants étrangers l’opportunité de s’inscrire dans nos programmes de formation doctorale de haut niveau.
Afin d’assurer la qualité scientifique la plus rigoureuse, un comité scientifique central décide de tous les engagements effectués dans le cadre de ce programme.
Les activités de diffusion et de promotions scientifiques ne sont pas oubliées, nous considérons en effet comme un devoir essentiel de tenir le grand public informé de ce qui se passe dans ce domaine de recherche passionnant ; c’est également une manière de s’assurer que les meilleurs jeunes étudiants sont attirés vers ce domaine de recherche.
Un nouveau domaine de travail a été ajouté à ce document (tâche 8) : un groupe de travail spécifique va être mis en place pour analyser les perspectives instrumentales et observationnelles à l’horizon 2010. Tandis que deux collaborations importantes (CMS et IceCube) seront en pleine phase de prise de données, les activités de construction relatives à ces expériences et aux autres seront pratiquement terminées, libérant ainsi des équipes de premier plan pour d’autres tâches. Ce groupe de travail a dans ses attributions d’examiner une gamme très large d’options et de conseiller sur une stratégie commune à suivre pour accéder aux données clés permettant d’accéder à la connaissance profonde des interactions fondamentales.
Notre but ultime est d’améliorer notre connaissance des interactions fondamentales, pour cela nous avons besoin de :
- développer le potentiel de chaque groupe par des moyens supplémentaires, essentiellement en personnel (post-doctorat) ;
- resserrer la collaboration et les liens entre les activités des différents groupes ;
- former un nombre significatif de jeunes chercheurs à un niveau d’excellence dans leur domaine et à des connaissances solides dans les autres pour poursuivre la recherche de la compréhension des lois physiques.
