Le boson de Higgs cerné au plus près

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Par Sciences et Avenir
Une étape importante pour l’identification du boson de Higgs, particule traquée depuis 50 ans par les physiciens, vient d’être franchie au Cern. Sa masse serait autour de 125 GeV.

Jamais dans l’histoire de la physique, le boson de Higgs – la seule pièce manquante à notre modèle de compréhension de l’Univers- n’avait été cerné de si près. Cette fois-ci, les 5000 personnes qui travaillent sur les détecteurs Atlas et CMS au Cern (le laboratoire européen pour la physique des particules), sont en mesure de lui donner une masse : 125 GeV (gigaélectronvolts) avec une probabilité d’erreur d’un centième pour Atlas;124 GeV avec une probabilité d’erreur de quatre centièmes pour CMS.

Une précision qui nous semble très grande et pourtant il faudrait réduire encore cette probabilité de plusieurs milliers de fois pour pouvoir qualifier officiellement cette valeur de résultat, ou d’observation de la particule de Higgs. Bref, avant de déclarer le boson définitivement trouvé. C’est donc, comme l’a prévenu prudemment en préambule le directeur de l’institution européenne, «un progrès sensible», qui devrait être confirmé en 2012.

Enfance de l’univers

Alors que les rumeurs couraient depuis quelques semaines déjà, ce résultat en demi-teinte va raviver dans les prochains jours l’engouement pour cette physique contemporaine vieille de quelques décennies seulement, qui tente de reproduire les très hautes énergies qui régnaient dans la prime enfance de l’Univers et ainsi recréer les conditions d’apparition de particules aujourd’hui disparues.

La valeur de 125 GeV pour le boson de Higgs laisse la porte ouverte à la recherche d’une foule de particules exotiques. Une fois identifiées elles permettront de reconstituer la grande Histoire Universelle, celle de l’Univers, et comprendre pourquoi le monde est tel qu’il est aujourd’hui.

Azar Khalatbari
Sciences et Avenir.fr
13/12/11

[[(1) GeV: le gigaélectronvolt, c’est-à-dire un milliard d’électrons volt, est une unité d’énergie très adaptée à la physique des particules : 1,6.10-19 joule. Un électronvolt est l’énergie cinétique qu’acquiert un électron, une particule de matière, sous une tension d’un volt.]]

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Qu’est-ce que le boson de Higgs?

Depuis le temps que les physiciens le cherchent, il a bien fallu résumer sa fonction et schématiser son action : « Le boson de Higgs est responsable de la masse de tout ce qui nous entoure », entend-on ici et là, avec un art du raccourci qui fait grincer les dents des spécialistes.

Higgs et le cocktail

Quant à son action, l’image utilisée pour justifier les investissements est souvent la même : imaginez un cocktail mondain où les invités, verre à la main, sont uniformément répartis à travers la pièce. Une star rentre qui attire la foule. Au fur et à mesure que l’attroupement se forme, la star a du mal à avancer. Son mouvement est ralenti, comme s’il prenait de la masse. Traduction : les invités représentent les particules de Higgs qui auraient rempli l’espace, selon le modèle standard de la physique, à un moment donné de l’histoire de l’Univers. En interagissant avec la star, ils lui confèrent de la masse.

Au-delà de ces images, précisons que l’existence du boson de Higgs est indispensable à ce modèle standard. Il expliquerait en effet pourquoi le photon, médiateur de la force électromagnétique, est sans masse et se propage de ce fait à la vitesse de la lumière, alors que les particules Z et W qui transmettent la force faible possèdent, elles, une masse.

Force électrofaible

Certes, cette question ne vient pas chaque matin à l’esprit du quidam moyen ! Mais elle est motivée par le fait que, dans un passé extrêmement lointain, lorsque l’énergie de l’Univers était d’une centaine de GeV et la température de l’ordre de 1018 degrés, les deux forces étaient unifiées en une seule que Sheldon Glashow, Abdus Salam et Stephen Weinberg – les trois lauréats du prix Nobel de physique 1979 – ont baptisée « électrofaible ».

Brisure de symétrie

Que s’est-il donc passé pour que cette force électrofaible disparaisse en donnant naissance à deux forces aussi différentes ?

Pour l’expliquer, on peut là encore faire appel à une image, celle de la vinaigrette : en agitation, huile et vinaigre sont finement mélangés et forment une seule substance continue. Au repos, deux milieux apparaissent, l’huile surmontant le vinaigre. La diminution du mouvement a donc spontanément créé deux états par une opération appelée « brisure de symétrie ».

C’est cette dernière qui serait responsable de l’apparition du Higgs. Ce messie de la masse serait en effet apparu dans une ambiance plus que torride, lorsque l’Univers était âgé de 10-10 (dix exposant -10) seconde et que la température atteignait 1015 degrés. Dès lors, certaines particules auraient interagi avec lui, d’autres non. Celles qui s’y sont frottées sont reparties avec une masse, les autres – comme le photon – en ont été privées.

Cette énigme a suscité de nombreuses réflexions : les forces qui régissent le monde ont-elles toutes été autrefois unies en une seule et même force? C’est ce que suppose la théorie de la grande unification (GUT) qui associe la force forte -qui assure la cohésion du noyau atomique- à la force électrofaible. Et aussi la « théorie du tout » qui prétend y associer aussi la gravitation.

Retrouvez notre dossier spécial Boson de Higgs dans le prochain numéro de Sciences et Avenir, (daté janvier 2012), en vente le 22 décembre.

Azar Khalatbari
Sciences et Avenir.fr
13/12/11

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