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Dans la célèbre pièce de théâtre de Johann Wolfgang von Goethes, le savant universel Heinrich Faust demande ce qui assure la cohésion interne du monde. En vue de trouver une réponse, Faust se voue même à la magie. Dans son doctorat, la physicienne de Bâle Lilian Witthauer se penche également sur cette grande question. Elle n'a pas trouvé de réponse dans la magie mais grâce à des expériences sophistiquées sur des accélérateurs d'électrons. La grande qualité de son travail scientifique lui a valu l'honneur de recevoir le prix CHIPP 2015 le 29 juin.
Quand elles entendent le terme physique des particules, de nombreuses personnes pensent inéluctablement au grand accélérateur de particules LHC du CERN. Toutefois, la physique des particules n'est pas étudiée uniquement à Meyrin dans le canton de Genève mais pratiquement dans toutes les universités suisses. En outre, toutes les questions ne tournent pas systématiquement autour de la physique des hautes énergies. Beaucoup de zèle scientifique s'écoule également dans la physique des basses et moyennes énergies ou dans l'étude des neutrinos et des particules astronomiques. D'ailleurs, la recherche physique à l'université de Bâle poursuit un thème qui lui est propre : autour du professeur Bernd Krusche, des scientifiques se penchent sur l'exploration de la force nucléaire forte avec des méthodes uniques dans toutes la Suisse. La force nucléaire forte est une des quatre forces fondamentales de la nature avec la force électromagnétique, la force nucléaire faible et la force gravitationnelle. Le chercheurs de Bâle veulent comprendre comment la force nucléaire forte parvient à “ assembler ” trois quarks et un proton ou un neutron et assure ainsi la solidité des noyaux atomiques. Comme Faust, ils souhaitent trouver ce qui assure la cohésion interne du monde.
La physique se rapproche
Il s'agit donc d'une grande et fascinante question. Une question pour laquelle la compétence d'une seule personne ne suffit pas mais qui occupe les talents de chercheur de toute une équipe de scientifiques à Bâle. Lilian Witthauer (29) qui a grandi à Flüh (SO) et à Bâle fait partie de cette équipe. Lilian Witthauer n'est pas venue au monde en tant que physicienne. A l'école, elle s'intéressait à l'art et très tôt, également aux sciences naturelles. Plus tard au lycée Leonhard de Bâle, Lilian Witthauer rencontre un professeur de physique qui parvient à éveiller en elle un enthousiasme spécial pour sa matière : “ Pour le cours complémentaire de physique, nous avons fait une excursion dans une centrale nucléaire et nous avons travaillé avec des sources radioactives ; l'enseignante nous a ainsi fait apprécier la physique ”, raconte Witthauer.
Lilian Witthauer a passé le bachelor et le master à l'université de Bâle. Ce faisant, elle s'est orientée vers la physique expérimentale. Elle est entrée en contact avec le groupe de recherche de Bernd Krusche qui étudie de près la force nucléaire forte en analysant les spectres d'excitation des nucléons (protons et neutrons). C'est dans ce domaine qu'elle a ensuite choisi le thème de son doctorat qui est désormais pratiquement fini et pour lequel elle a reçu le prix CHIPP 2015 le 29 juin au Château de Bossey au nord de Genève. Le prix est attribué chaque année par le Swiss Institute of Particle Physics (CHIPP), l'organisation faitière de la physique des particules suisse, pour l'excellent travail d'une jeune chercheuse ou d'un jeune chercheur.
Le secret autour du Méson êta
Quiconque souhaite analyser le spectre d'excitation des protons ou des neutrons peut les bombarder de photons. Cette action met les nucléons dans des états résonants (résonances) et leur désintégration génère différentes particules. Dans son doctorat, Lilian Witthauer a analysé une possible réaction de désintégration : celle provoquée par le bombardement d'un neutron (ou d'un proton) par un photon et qui se désintègre ensuite en neutron (ou proton) ainsi qu'en Méson êta. Le Méson êta se compose d'une paire quark-antiquark. Il est instable, ce qui signifie qu'il ne peut être observé que pendant un très bref instant avant de se désintégrer.
Pour réaliser les expériences indispensables à son doctorat, Lilian Witthauer est souvent partie pour plusieurs semaines à Bonn et Mayence. Les deux villes disposent d'un accélérateur d'électrons dont la chercheuse a besoin pour ses expériences. Ces installations accélèrent des électrons avec des champs alternatifs électromagnétiques. Cette action génère un rayonnement de freinage composé de particules lumineuses (photons) que les scientifiques font entrer en collision avec une cible (target). La cible se compose par exemple d'hydrogène (dont le noyau se compose d'un proton) ou de deutérium (dont le noyau se compose d'un neutron et d'un proton). Grâce à cette disposition, les physiciens expérimentaux peuvent provoquer la collision de photons avec des protons ou des neutrons. Lilian Witthauer a relevé toutes les désintégrations qui ont provoqué l'apparition d'un Méson êta.
Matière pour de meilleures théories
Pourquoi tous ces efforts? Avec la chromodynamique quantique (QCD), il existe depuis longtemps une théorie qui décrit bien la force nucléaire forte ? “ Oui, c'est vrai. En présence de hautes énergies, les calculs sur la théorie de la destruction de la QCD fournit de bonnes prédictions ”, explique la physicienne de Bâle. “ En présence de basses énergies, il nous faut toutefois d'autres solutions, par exemple des modèles phénoménologiques, pour décrire la nature de manière appropriée. Mes recherches fournissent des bases expérimentales pour que les physiciens théoriques puissent concevoir de meilleurs modèles pour la description de la force nucléaire forte. " La désintégration par le Méson êta est particulièrement intéressante dans la mesure où elle permet certaines résonnances facilement analysables.
Lilian Witthauer a découvert une différence intéressante lors de ses expériences à Bonn et Mayence : les protons et les neutrons stimulés réagissent différemment à l'émission d'un Méson êta. " Mes résultats expérimentaux permettent d'exclure certains modèles visant à expliquer la force nucléaire forte ", affirme Witthauer. “ Une fois me données publiées, les théoriciens pourront continuer d'optimiser les livres et leurs modèles. ”
L'intérêt pour la recherche sur le cancer
Avec son travail scientifique, Lilian Witthauer contribue à la compréhension du monde. Elle est captivée par ses recherches et souhaite poursuivre son travail dans cette branche après sa formation. “ Dans le cadre de mon métier, je souhaite faire quelque chose qui donne un sens à ce que j'ai fait jusqu'à présent, par exemple par une application chez l'Homme ”, dit la scientifique qui pratique le jogging, le dessin et la photographie pendant son temps libre. Parallèlement à la recherche fondamentale, elle a suivi une formation postuniversitaire en physique médicale à l'ETH de Zurich et s'est penchée, entre autres, sur les thérapies pour le cancer, “ Les nouvelles technologies sont très importantes dans ce domaine. J'aimerais pouvoir mettre les résultats de la recherche fondamentale en pratique ", déclare Witthauer.
Mais pour l'instant, elle ne peut que se réjouir de sa dernière récompense. C'est la deuxième récompense que la doctorante obtient pour son travail scientifique après l'obtention de la bourse Dreyfus à l'Université de Bâle. " Le prix CHIPP est un honneur pour moi et la reconnaissance de mon travail ", affirme Lilian Witthauer. " De plus, il procure une réputation nationale à la physique que nous exerçons ici à l'Université de Bâle. "
Benedikt Vogel (publication le 29 juin 2015)
Liens vers deux publications scientifiques de Lilian Witthauer (Links)
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