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Contents : L l'actu a lit L du Bulletin d'information interne du Laboratoire de l'Acc l ra Comit de r daction : M.-A. Bizouard F. Berny F. Couchot F. Fulda-Quenz er teu r S. Lin H en ro t - Vers il l d B.P. 34 91898 Orsay Cedex Su risT l. 8410 E-mail : lemeur@lal.in2p3.fr a P a ir e u. t dea UMR 8607 Universi Rou H. K . ur P e Me rec D. Lecomte G. L N 37 automne 2001 Autour de BaBar et de la violation de CP Nous inaugurons une formule que nous esp rons renouveler souvent : un num ro tout entier centr sur une exp rience (ou un th me particulier) en relation directe avec la tenue d'une rencontre R sonances autour de... . Le 12 juin dernier la rencontre tait autour de BaBar avec St phane Plaszczynski. Le conf rencier avait bien pr par son affaire et le dialogue a pu se d velopper dans une ambiance d tendue. Le pr sent num ro de L'Actualit du LAL propose ses lecteurs une version crite de la conf rence offrant propos de BaBar un panorama tr s accessible de l' tat actuel de la physique des particules et plus sp cialement des questions concernant la violation de CP. Le reste du num ro est compos autour de ces th mes. Guy Wormser propose quelques l ments techniques sur le DIRC partie du d tecteur BaBar pour laquelle la contribution du LAL est particuli rement importante. On verra que les r sultats de BaBar concernent un certain triangle d'unitarit lequel triangle n'est pas apparu tout d'un coup mais vient de loin : Patrick Roudeau essaie d'en retracer une histoire. Et enfin pour en revenir la rencontre du 12 juin dernier on propose une r ponse (ou plut t on le verra une non-r ponse) un peu d velopp e une question pos e par un participant : qu'est-ce que l' nergie . L -dessus nous invitons tous nos lecteurs la prochaine rencontre R sonances autour de ...Archeops et Planck avec Sophie Henrot-Versill le mardi 27 novembre 10h30. GUY LE MEUR BaBar ! La violation de CP avec BaBar par St phane Plaszczynski Autour de %%% D IRC "# Le DIRC par Guy Wormser Triangle "$ %%% BaBar et de la viola& tion de la sym trie CP% Petite histoire du triangle par Patrick Roudeau Energie "' Qu'est ce que l' nergie par Guy Le Meur page 2 La violation de CP avec BaBar BaBa r Voici la version crite que St phane Plaszczynski a bien voulu r aliser pour nous de la conf rence qu'il pr senta le 12 juin dernier au LAL. On y retrouvera bien s r l'essentiel de ce qu'il a expos mais aussi un aper u des r cents r sultats publi s par l'exp rience BaBar pendant l' t . Les transparents relatifs la conf rence sont visibles sur la toile (le web site du LAL) et consultables en version papier la biblioth que ou la caf t ria. La physique des particules Qui ne s'est extasi par une nuit d' t devant le spectacle sans fin des constellations Qui ne s'est senti tout petit devant cet infini qui nous d passe ... Retournons notre lorgnette et scrutons notre monde. Nous d couvrons un univers aussi fascinant : celui de l'infiniment petit celui de la structure ultime de la mati re et des lois qui la r gissent c'est le domaine de la physique des particules recherche fondamentale qui poursuit des si cles d' tude et de compr hension de notre univers. Pourquoi physique des particules On a longtemps cru que la mati re tait constitu e de noyaux (photons + neutrons) autour desquels graviteraient des lectrons pour former des atomes qui se regrouperaient en mol cules pour aboutir finalement la mati re observable. Or on a constat qu'en concentrant une grande quantit d' nergie en un petit volume (par exemple en faisant se rencontrer des faisceaux de haute nergie) il arrive parfois que s'accomplisse un ph nom ne tonnant : on produit des particules qui ne sont ni des lectrons ni des protons ni des neutrons. L' nergie est convertie en masse (E mc2). Ces nouvelles particules ont souvent t baptis es en utilisant des lettres grecques ( ...). On ne les observe pas dans notre monde habituel car ayant une masse plus lev e que les constituants des atomes elles vont se d sint grer petit petit en particules plus l g res pour aboutir finalement nos constituants stables. Ce temps caract ristique de d sint gration est tr s variable mais certaines de ces particules vivent suffisamment longtemps pour tre observ es dans nos d tecteurs (trajectoires de plusieurs m tres). vrai dire ces centaines de particules ne sont pas toujours les constituants ultimes de la mati re. Certaines oui : elles se nomment leptons . Il s'agit des lectrons muons et taus chacune ayant un neutrino associ (c'est dire neutrino-e neutrino- neutrino-). Pour celles-ci aucune sousstructure n'a t mise en vidence. page 3 BaBar La violation de CP avec BaBar Toutes les autres particules observ es qu'on nomme hadrons ont donn du fil retordre aux th oriciens de la d couverte de particules au temps caract ristique tr s court (r sonances) la d couverte de particules vivant au contraire tr s longtemps (baptis es tranges ). En 1964 Gell-Mann proposa un mod le qui permit de classer toutes ces particules observ es partir d'un petit nombre de constituants l mentaires : les quarks. Dans ce mod le tous les hadrons r sultent simplement de la combinaison de trois quarks ou d'un quark et d'un anti-quark (nous reviendrons plus tard sur l'antimati re). Qu'en est-il de ces quarks On s'accorde dire aujourd'hui qu'il en existe trois paires tout comme il existe trois types de leptons. Il s'agit des paires nomm es (u d) (c s) (t b). Pourquoi trois et pas plus Tout d'abord trois paires (ou familles) sont suffisantes pour expliquer toutes les particules observ es (jusqu' pr sent). De plus 3 est un nombre magique car il permet d'introduire comme nous le verrons la violation de CP alors que 2 e t t insuffisant. Les exp riences LEP (au CERN) ont confirm que jusqu' l' nergie qui tait alors disponible il n'existait que trois types de neutrinos. Pour avoir une quatri me famille il faudrait alors imaginer un nouveau neutrino tr s lourd. Pourquoi cette diff rence avec les autres neutrinos L'hypoth se est peu vraissemblable. La nature adopte souvent un principe de simplicit ... la diff rence des leptons un quark n'a jamais t observ l' tat libre. Pourquoi On ne le sait pas tr s bien. Alors on a camoufl notre ignorance sous des termes savants ( confinement ) et math matis le probl me. Pourquoi y croire alors Parce que le mod le des quarks arrive classer toutes les particules observ es (des centaines). Par ailleurs des exp riences de sonde du proton ont r v l que celui-ci a bien une structure granuleuse et non ponctuelle. On ne met plus en doute ce mod le aujourd'hui. Cette classification des particules selon trois familles de leptons et de quarks et la description des interactions entre elles (dont nous ne traiterons pas ici) constitue ce qu'on appelle le mod le standard. Il s'agit vrai dire plus d'une th orie ultime au sens o un mod le contient toujours une chelle laquelle il est Q e e(56) (47) (61) (76) (01) -1 0 (m 0) leptons u d c(74) s(64) masse t(94) b(77) +2/3 -1/3 quarks Figure 1 : les constituants l mentaires du mod le standard. Les chiffres entre parenth ses d signent (approximativement) la date de la mise en vidence exp rimentale. Q d signe la charge lectrique. page 4 La violation de CP avec BaBar BaBa r applicable alors qu'on cherche ici d crire le monde sans chelle de l'infiniment petit. Ce mod le standard est incroyablement fructueux. Depuis des ann es (en particulier LEP) il a t test pouss dans ses moindres retranchements tortur mais n'a jamais craqu . Le moindre soup on de d saccord entre ses pr dictions et les donn es exp rimentales s'est toujours sold par la mise en vidence de biais exp rimentaux... N anmoins les physiciens aimeraient en changer ou plut t trouver un mod le plus g n ral qui l'incorporerait. Pourquoi Parce que le mod le standard ne ressemble pas une th orie ultime. En effet pourquoi tant de constituants l mentaires qui ne se distinguent que par leur masses diff rentes Ces masses ne sont pas pr dites. On doit donc toutes les fixer. Il y en a 9 en tout (en supposant que les neutrinos aient une masse nulle ce qui est remis en question de nos jours) ce qui para t beaucoup sur 19 param tres au total. On pr f rerait une th orie qui pr dirait les masses des quarks/leptons. C'est le sens des prochaines exp riences qui vont avoir lieu au CERN aupr s d'un collisionneur toujours plus haute nergie : le LHC (Large Hadron Collider). Par ailleurs le mod le standard n'inclut pas de description de la gravitation l mentaire pour raisons d'incompatibilit s majeures entre la compr hension actuelle de la gravitation (relativit g n rale) et du monde de l'infiniment petit (la m canique quantique). Ce qui est intellectuellement frustrant... De plus les processus de gravitation l' chelle des particules sont si faibles qu'il faudrait une nergie tout jamais inaccessible (de l'ordre de celle des premiers instants de la cr ation de l'univers) pour les tudier exp rimentalement. Les efforts th oriques de conciliation de la gravit quantique n'offrent donc de sens que s'ils fournissent des pr dictions nos chelles d' nergie qui sont bien plus basses. Quoi qu'il en soit une grande partie de la communaut scientifique aujourd'hui est convaincue de l'existence de physique au-del du mod le standard et entre en effervescence d s que la moindre mesure ne co ncide pas avec les r sultats attendus. On notera n anmoins que la conviction d'une th orie du tout descriptible en termes math matiques ne repose que sur notre intuition. Il se pourrait aussi que le mod le standard repr sente notre compr hension ultime de l'univers. Antimati re et violation de CP L'un des aspects les plus fascinants de la physique des particules concerne l'antimati re. En 1930 Paul Dirac c l bre th oricien qui cherchait unir les deux grandes th ories du moment (relativit restreinte et m canique quantique) afin d' viter de voir appara tre dans sa th orie des particules allant plus vite que la lumi re dans le vide et des tats d' nergie n gative pr dit l'existence des antiparticules. chaque particule doit correspondre une particule en tout point identique mais avec toutes ses charges (pas seulement lectrique...) oppos es. En 1932 des exp rimentateurs qui ne connaissaient pas la th orie de Dirac observaient en effet un anti lectron de charge lectrique positive (appel aussi positron). Les antiparticules sont d sormais monnaie courante dans nos d tecteurs. D'un point de vue th orique une antiparticule allant dans un sens est quivalente une particule se d pla ant dans l'autre sens et remontant le cours du temps. L'op ration (de l'esprit) qui consiste remplacer une particule par son antiparticule (C) est quivalente l'op ration de renversement d'une trajectoire dans un page 5

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