Découvertes de l’année 2012, le palmarès de Science

Tous les ans les éditeurs de Science dressent un palmarès des dix avancées les plus importantes de l’année. Comme j’en ai beaucoup apprécié la lecture, j’ai décidé d’en faire le sujet de mon premier poste de l’année. (Si vous ne connaissez pas Science, pour vous donner une idée, je dirai simplement que c’est un journal scientifique international très renommé qui hante les rêves de publication de beaucoup de chercheurs.)

Découverte de l’année: le boson de Higgs

A moins d’avoir passé tout le mois de juillet à la plage en évitant avec soin les médias, vous avez sûrement déjà entendu parler du boson de Higgs. En effet, l’annonce de la détection d’une particule correspondant au boson de Higgs par les chercheurs du LHC (large hadron collider – grand collisionneur de hadrons) au CERN, le 4 juillet 2012, a déclenché une énorme vague médiatique célébrant la découverte.

L’existence du boson de Higgs a été suggérée en 1964 par Peter Higgs pour compléter le modèle standard, une théorie qui décrit mathématiquement les particules constituant la matière (électrons, quarks, neutrinos et autres) et la manière dont elles interagissent (forces nucléaires faible et forte, force électromagnétique). Le problème était alors que le modèle standard décrivait un monde de particules sans masse. Et c’est là que le boson de Higgs est entré en jeu. La masse n’est plus une propriété intrinsèque de la matière, mais naît de l’interaction des particules fondamentales avec le “champ de Higgs”, constitué de bosons de Higgs. Plus une particule qui bouge dans ce champ interagit avec les bosons de Higgs, plus elle est ralentie et plus elle donne l’impression d’être massive.

Prouver l’existence du boson de Higgs n’est pas une mince affaire. Bien qu’elle ait été prédite dans les années soixante, d’énormes avancées technologiques ont été nécessaires pour mettre en place un système expérimental permettant sa détection. Il s’agit du LHC, un anneau de 27 kilomètres de long dans lequel des particules sont accélérées à une vitesse proche de celle de la lumière avant d’entrer en collision, ce qui donne naissance à d’autres particules qui sont ensuite analysées par les deux détecteurs du LHC, ATLAS et CMS (et leurs deux équipes scientifiques de quelques 3000 membres chacune).

Lorsque les physiciens théoriciens ont prédit l’existence du boson de Higgs, ils ont aussi décrit ses propriétés, par exemple les cinq voies de désintégration en d’autres particules qui lui sont possibles, et la fréquence à laquelle chaque voie est empruntée. Le boson de Higgs n’existe que pour une infime fraction de seconde, la seule manière de l’identifier est donc de détecter les particules plus stables qui découlent de sa désintégration. C’est ce que les chercheurs du CERN ont fait, analysant l’énorme masse de données recueillies par les deux détecteurs du LHC, jusqu’à finalement pouvoir identifier avec un haut degré de certitude une nouvelle particule dont la description correspond à celle du boson de Higgs.

Même si la preuve de l’existence du boson de Higgs a été couronnée comme la dernière pièce manquante du modèle standard qui décrit les particules et les forces fondamentales, les physiciens théoriciens ne vont pas pour autant se retrouver sans travail. Par exemple, le modèle standard décrit les particules fondamentales et trois des quatre forces fondamentales (la force électromagnétique, la force nucléaire faible et la force nucléaire forte), mais ne permet pas d’intégrer la quatrième force fondamentale, la force de gravité. Il reste donc à trouver une théorie qui permettrait d’unifier les quatre forces. Autre exemple, le boson de Higgs ne donne pas d’indication directe sur la nature de la matière sombre qui constitue 23% de notre univers (un point positif tout de même: mesurer la masse du boson de Higgs permet de limiter les propriétés possibles des particules qui pourraient composer la matière sombre).

Ainsi, pour tous les fans de la série télé The Big Bang Theory, pas de raison de s’inquiéter: il y a encore beaucoup à faire pour les quelques Sheldons de notre monde!

Le reste du palmarès

– une nouvelle méthode qui permet de séquencer un ADN ancien avec un degré de résolution équivalent à celui obtenu pour l’ADN d’êtres vivants (et dans la foulée le séquençage du génome d’un Dénisovien, une espèce humaine primitive qui a vécu en Sibérie il y a plus de 50,000 ans)

– un nouvel outil pour modifier l’ADN, appelé TALEN (pour “transcription activator-like effector nuclease”), qui permet de couper l’ADN à un endroit spécifique et prédéfini et ainsi de cibler précisément un gène pour le modifier

– l’achèvement d’un projet commencé en 2003, appelé ENCODE (acronyme anglais pour “encyclopédie des éléments d’ADN”), qui a cartographié les zones de notre ADN apparaissant actives d’un point de vue biochimique ; ENCODE a ainsi généré de nombreuses données qui seront utiles aux chercheurs qui s’intéressent aux mécanismes de contrôle de l’expression des gènes et à leurs rôles dans le développement de maladies

– l’utilisation d’une interface “cerveau-machine” par des patients paralysés pour exécuter des mouvements complexes en manipulant un bras robotisé avec leur pensée

– et: la production d’ovocytes fertiles à partir de cellules souches embryonnaires de souris, l’atterrissage impressionnant du rover Curiosity sur Mars, l’utilisation de lasers à rayons X pour déterminer la structure de protéines, et enfin des avancées dans le domaine de la physique des particules impliquant des neutrinos et des fermions Majorana, avancées bien au-delà de ma modeste compréhension de la physique des particules et que je ne détaillerai donc pas!

Si vous voulez en savoir plus sur toutes ces avancées scientifiques, jetez un oeil au numéro spécial de Science “Breakthrough of the year 2012” (21 December 2012 vol 338, issue 6114, pages 1497-1676, en anglais).

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