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Si seulement le boson de Higgs n’était pas le boson de Higgs...

  • Posté le : Lundi 9 Juillet 2012
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  • par : L. Salters

Les scientifiques du Cern sont quasiment certains d’avoir trouvé la fameuse particule sub-atomique. Ils espèrent aussi qu’elle sera différente de leurs attentes.

philippe-plaillylookatsciences220x146Comme une cible...
© Philippe Plailly / LookatSciences.

"Moi, j’en suis persuadé", affirme Claude Guyot, directeur d’Atlas, au CEA de Saclay. Il est à la tête de l’un des deux programmes français versés dans le gigantesque projet de recherche du boson de Higgs. Pour ce chercheur, le boson a été trouvé, c’est sûr ! Annoncée la semaine dernière et suivie par le monde entier, la découverte “quasi” certaine de cette particule mythique marque l’histoire des sciences.
Mais passée l’émotion, la question serait désormais plutôt : “Est-ce que nous sommes en face du boson de Higgs dans le modèle standard ? Ou sommes-nous face à un boson légèrement différent. Et dans ce cas, il va falloir redéfinir le modèle”. Claude Guyot exprime là un sentiment largement répandu dans la communauté des chercheurs. Si c’est bien un boson “alternatif” en quelque sorte qui a été repéré au LHC, l’accélérateur de particules du CERN (voir encadré), de nouvelles perspectives s’ouvrent à la science. Dans le cas contraire, si c’est bien le boson anticipé et conforme aux attentes, qui a été découvert, c’est “simplement” un modèle théorique qui se confirme. Et comme le suggérait un brin sardonique le magazine américain de référence Science, “A quoi servirait désormais le LHC “ ?

Pour bien saisir les implications de cette découverte, il faut revenir en arrière. De 48 années exactement. En 1964, Brout, Englert et Higgs, trois physiciens, élaborent une théorie autour du boson. Selon eux, le vide ne serait pas vide. Il serait envahi par de minuscules particules massives : celles que l’on appellera plus tard les bosons de Higgs. Ils constituent un champ dans lequel baigne tout l’univers, le champ de Higgs. S’il est traversé par d’autres types de particules, les bosons s’associent à elles en leur procurant de la masse.

Flocons de neige

Faisons une analogie avec la neige. Elle est constituée de flocons. Sur des skis, on glisse relativement bien ; en raquette, on laisse des traces ; et à pied, on s’enfonce davantage. Un champ de Higgs fonctionne comme de la neige. Lorsqu’une particule traverse le champ, elle est plus ou moins “retenue” en fonction de son interaction avec le champ. Les photons de la lumière, par exemple, traversent sans être ralentis car ils n’ont pas de masse. Ils sont comme nous sur des skis. Il n’y a pas d’interaction avec les bosons. D’autres particules qui ont une masse vont interagir avec le champ de Higgs et acquérir ainsi une masse différente. Comme si on marchait en raquette ou bien à pied dans la neige.

Cette théorie du boson de Higgs (l’histoire n’a retenu qu’un seul des noms des trois chercheurs) a contribué à élaborer ce que les scientifiques nomment le modèle standard de la physique des particules. Un modèle qui permet d’expliquer et d’analyser les constituants fondamentaux de la matière, notamment leur masse. Depuis des dizaines d’années, de nombreuses expériences ont démontré sa validité. Mais aujourd’hui, il est considéré par beaucoup comme incomplet.
“Si c’était bien le boson standard qui se confirmait, ce serait presque décevant, confie Claude Guyot. Cela fermerait les portes à d’autres théories, comme la supersymétrie, qui pourrait expliquer l’existence de la matière noire de l’Univers”. (Cette matière d’origine inconnue constitue 95% de notre Univers). Cette théorie résout le problème de la masse du boson de Higgs supposée très légère dans le modèle. Le chercheur fait une pause. “Tout le monde rêve un peu de la supersymétrie, ajoute-t-il. Une autre alternative serait un modèle composite ou le Higgs ne serait pas une particule fondamentale. Il ne serait qu’un palier fait lui-même d’autres particules. Mais les énergies nécessaires pour aller les observer ne nous sont pas encore accessibles.”
Si seulement le boson de Higgs pouvait ne pas être le boson de Higgs !

Un vertige de données

Le LHC, ou Large hadron collider, est un anneau de 27 kilomètres de long enterré à 100 mètres, sous la France et la Suisse. Il est piloté par le Cern (Organisation européenne pour la recherche nucléaire). Les protons sont lancés dans l’anneau par paquets de 100 milliards. Chaque seconde, il peut s’y dérouler près d’un milliard de collisions contre des cibles. Il en découle quelques centaines de millions d’évènements. Parmi ceux-ci, seules quelques centaines sont enregistrées sur disques durs après une sélection drastique par le détecteur. La quantité de données accumulées est phénoménale. Mis bout à bout, c’est l'équivalent de 20 km de DVD qui sont analysés chaque année. Au final, seul une dizaine d’évènements ont pu être identifiés avec une quasi-certitude comme étant des bosons de Higgs.