La fin de l'alphabet

UA1 et UA2 découvrent les particules W et Z

« UA1 » et « UA2 » étaient deux expériences de l'accélérateur SPS du CERN ; elles commencèrent leur collecte de données en 1981, date à laquelle le SPS servit pour la première fois de collisionneur proton-antiproton. A l'époque, l'un des plus grands défis de la physique des particules était la quête des particules vectrices de forces dont la théorie électrofaible prévoyait l'existence. Appelées bosons W et Z, c'étaient des particules lourdes. Leur découverte nécessitait donc un accélérateur qui puisse atteindre un niveau d'énergie sans précédent.

Les physiciens David Cline, Peter McIntyre et Carlo Rubbia suggérèrent de modifier le plus grand et le plus récent des accélérateurs du CERN de l'époque, le SPS, pour le transformer d'un accélérateur à un faisceau en un collisionneur à deux faisceaux. Il serait ainsi possible de faire entrer en collision un faisceau de protons avec un faisceau d'antiprotons et, ainsi, d'augmenter considérablement l'énergie de collision disponible par rapport à celle d'un seul faisceau percutant une cible fixe. Simon Van de Meer avait déjà inventé au CERN une manière de produire et de stocker des faisceaux denses de protons et d'antiprotons. Les deux idées, auxquelles vint s’ajouter un énorme travail de développement de nouvelle technologie et d'ingénierie au CERN, conduisirent au bout du compte à la découverte historique des bosons W et Z en 1983 par UA1 et UA2.

Les deux scientifiques à l’origine de cette découverte reçurent le Prix Nobel un an plus tard. Le prix fut décerné à Carlo Rubbia, initiateur de la conversion de l'accélérateur et porte-parole de l'expérience UA1, et à Simon van der Meer, qui avait conçu la technique vitale pour l’exploitation du collisionneur.

Ce fut une immense réalisation de la physique, qui validait en outre la théorie électrofaible. Elle permit également d'assurer la décision de construire l'accélérateur vedette suivant du CERN, le collisionneur LEP, dont l'objet était de produire en masse les bosons Z et W pour en permettre l'étude détaillée.

Origines de la quête

Dans les années 1960, trois physiciens, Steven Weinberg, Abdus Salam et Shedlon Glashow, proposèrent une théorie. Ils pensaient que deux des quatre forces fondamentales – la force électromagnétique et la force faible – étaient en fait des facettes différentes de la même force. Dans des conditions de haute énergie (comme dans un accélérateur de particules), ces deux forces pouvaient se combiner en la force électrofaible.

Aucune théorie scientifique ne peut être confirmée sans s’appuyer solidement sur une preuve expérimentale. La première preuve à venir à l'appui de la théorie arriva lorsque le détecteur Gargamelle du CERN découvrit le courant neutre, un ingrédient essentiel de la théorie électrofaible. Des observations supplémentaires s'ensuivirent, qui permirent de décerner aux trois théoriciens un Prix Nobel en 1979. Cependant, il restait trois particules hypothétiques, vectrices de force, décrites par la théorie, mais que personne n'était encore parvenu à découvrir. Les bosons W⁺, W^- et Z⁰ restaient encore désespérément hors de portée, jusqu'à ce qu'un accélérateur d’une énergie suffisamment élevée pour que la recherche aboutisse puisse être construit – un problème résolu par la conversion de l'accélérateur SPS.