Le cœur des activités du DPHP est de comprendre le contenu énergétique et la dynamique de l’Univers au niveau fondamental, en déployant les ressources expérimentales appropriées, en synergie avec les autres départements de l’IRFU et en concertation avec la stratégie scientifique internationale. En physique des particules, le fondement théorique établi est le Modèle standard de la physique des particules, qui s’est révélé extrêmement robuste, prédictif et complet depuis la découverte du boson de Higgs en 2012. La dernière décennie a vu un changement de paradigme en termes de stratégie scientifique. Les équipes ne cherchent plus à établir le Modèle standard, mais à le dépasser.
Le département poursuit cette stratégie sous trois angles :
• Tester la cohérence interne du modèle standard par des mesures de précision au LHC, puis à l’avenir au HL-LHC, et enfin à plus long terme auprès d’un futur collisionneur encore à venir.
• Tester les symétries fondamentales du modèle standard en étudiant les neutrinos ou l’antimatière.
• Étudier l’Univers sombre, extrême et gravitationnel en sondant l’Univers avec les différents messagers à notre disposition : étudier l’énergie noire, la matière noire, les ondes gravitationnelles, les neutrinos cosmiques ou les axions hypothétiques.
Quelques-unes des questions fondamentales abordées par le DPHP à travers ces axes de recherche :
• Le modèle standard peut-il être remis en cause par des mesures précises dans les secteurs électrofaible, Higgs et top-quark ? Le boson de Higgs peut-il être la clé pour dévoiler une nouvelle physique au-delà du modèle standard ? Le boson de Higgs est-il standard ? Quelle est la masse du quark top ?
• Quelle est la nature fondamentale de la matière noire ? La matière noire peut-elle être produite dans des collisionneurs ? La matière noire qui constitue le halo galactique peut-elle être détectée, soit directement dans des expériences à faible bruit de fond, soit indirectement par le biais de messagers cosmiques à haute énergie ?
• Quelle est l’équation d’état de l’énergie noire ? L’énergie noire est-elle simplement une constante cosmologique ou évolue-t-elle avec le temps universel ?
• Le neutrino est-il une particule de Majorana ou de Dirac ? Existe-t-il plus de trois saveurs de neutrinos ? La symétrie CP est-elle violée dans le secteur leptonique ? Quelle est l’échelle de masse ou l’ordre de masse des neutrinos ? Quel est le rôle des neutrinos dans l’évolution cosmique et la formation des structures ? Les symétries internes sont-elles fondamentales ?
• La gravité agit-elle de la même manière sur la matière et l’antimatière ? Quelle est la nature de la gravitation ? La relativité générale en donne-t-elle une description correcte ? Existe-t-il une unification des quatre interactions ? Quelle est la nature des transitions de phase correspondant à la rupture de symétrie dans l’Univers primitif ?
• Quelle est l’origine des phénomènes cosmiques les plus énergétiques, tels que les sursauts gamma et les rayons cosmiques de très haute énergie ?
La stratégie du DPHP consiste à maintenir un équilibre entre les différentes approches expérimentales et observationnelles de ces questions fondamentales, ou d’autres questions qui pourraient se poser.
Organisation du DPhP
Physique des collisionneurs de particules à haute énergie
Physique des neutrinos et antimatière
Exploration de l’Univers sombre, extrême et gravitationnel
