Higgs mise à jour du 4 juillet

Les collaborations ATLAS et CMS ont toutes deux observé une nouvelle particule fondamentale dont les caractéristiques sont compatibles avec celles du boson de Higgs, recherché depuis longtemps. Un nouveau travail passionnant s’annonce : comprendre sa signification.

Les résultats communiqués par ATLAS et par CMS ont été présentés comme « très préliminaires » à la plus grande conférence de physique des particules de l’année, ICHEP2012, qui s’est ouverte à Melbourne le 4 juillet. Les analyses sont encore en cours de consolidation et elles devraient permettre de parvenir à une conclusion à la fin du mois. Ce n’est qu’alors qu’il sera entrepris de déterminer la nature précise de la particule et sa portée pour notre compréhension de l’Univers. Dans le langage des physiciens, des indices probants signifient que la probabilité qu’un phénomène observé puisse être attribué à une fluctuation statistique est inférieure à 1%. Aujourd’hui, tant ATLAS que CMS ont dépassé le niveau du millionième requis pour proclamer une découverte et les collaborations devraient confirmer ce degré de confiance une fois les analyses achevées.

La traque de la particule de Higgs est depuis longtemps l’une des principales priorités de la physique des particules. La particule de Higgs est associée à un mécanisme proposé au milieu des années 1960 pour expliquer pourquoi l'une des forces fondamentales de la nature a une portée très limitée, alors qu’une autre force similaire a une portée infinie. Les forces en question sont, d’une part, la force électromagnétique, qui nous apporte la lumière venue des étoiles, fournit à nos foyers l’électricité et donne leur structure aux atomes et aux molécules qui nous constituent, et, d’autre part, la force faible, qui produit l’énergie à l’origine des processus qui se passent dans les étoiles. La force électromagnétique est portée par des particules appelées photons, qui n’ont pas de masse, alors que la force faible est portée par les particules appelées W et Z, qui, elles, en ont une. Un peu comme des enfants qui se lancent un ballon, les particules en interaction échangent ces porteuses de force. Plus le ballon est lourd, plus la distance à laquelle il peut être lancé est courte ; de même, plus la porteuse de force est lourde, plus sa portée est courte. Les particules W et Z ont été découvertes grâce à un projet mené au CERN dans les années 1980, mais le mécanisme par lequel elles possèdent une masse reste un mystère, dont le boson de Higgs est la clé.

Une simple observation ne suffit pas, toutefois, car le boson de Higgs peut prendre plusieurs formes. Le mécanisme de Higgs, dans sa formule fondamentale, est le modèle théorique le plus simple expliquant la différence de masse entre les photons et les particules W et Z, ainsi que les masses d’autres particules fondamentales. Il existe cependant d’autres formulations du mécanisme liées à des théories telles que la supersymétrie, qui pourrait expliquer la mystérieuse matière noire de l’Univers, ou encore à des théories prédisant des dimensions supplémentaires de l’espace, lesquelles, si elles étaient avérées, bouleverseraient véritablement notre compréhension de l’Univers.

Ainsi, lorsque la découverte sera confirmée, la prochaine question sera : « à quel type de boson de Higgs avons-nous affaire ? » Une identification formelle des caractéristiques de la nouvelle particule nécessitera un temps et une quantité de données considérables. C’est un peu comme si vous aperceviez de loin un visage qui vous semble familier ; il est parfois nécessaire de se rapprocher un peu pour voir s’il s’agit d’un vieil ami qui aime le café, ou de son frère jumeau qui préfère le thé. Toutefois, quelle que soit la forme que prend la particule de Higgs, notre compréhension de l’Univers est sur le point de changer.

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