Le boson de Higgs : une clé fondamentale de l'univers ? - 26/05/2005

SommaireLe boson de Higgs : une clé fondamentale de l'univers ?La théorie des électronsLa théorie des forces nucléairesL'après-guerre : théorie de Yang-Mills et physique des particules élémentairesLe modèle standard : la théorie électrofaibleLes théories de grande unification : SU(5) et la supersymétrieLes perspectives futures : expériences et théoriesRemerciements et liens pour en savoir plus suivant
Share on joliprintPDF  Partager
Le boson de Higgs est une particule prédite par le fameux « modèle standard » de la physique des particules élémentaires. Elle constitue en quelque sorte le chaînon manquant et la pierre d'achoppement de ce modèle. En effet, cette particule est supposée expliquer l'origine de la masse de toutes les particules de l'univers (y compris elle-même !), mais en dépit de ce rôle fondamental, elle reste encore à découvrir puisqu'aucune expérience ne l'a pour l'instant observée de façon indiscutable.
Il peut être utile, avant de continuer, de prendre connaissance de l'excellent dossier de David Calvet Voyage au cœur de la Matière. Que ce soit pour rafraîchir sa mémoire ou simplement comme introduction à ce dossier. 
 

Peter Higgs devant les équations décrivant sa théorie de la brisure de symétrie donnant une masse à des bosons de jauge. © Peter Tuffy-The University of Edinburgh
Un dernier point, le texte qui va suivre est une tentative de compromis entre deux niveaux de lecture.
Les lecteurs de Futura-Sciences sont assez hétérogènes, on y trouve de simples curieux de sciences jusqu'à des personnes ayant un bagage scientifique poussé (pas nécessairement en physique). C'est donc un problème redoutable que d'essayer de satisfaire les uns et les autres. Certaines parties seront par conséquent difficiles à comprendre pour le néophyte et d'autres trop simples pour un étudiant en physique.
Le fil conducteur du texte est l'évolution des idées en physique concernant la description des masses des particules, et ce en liaison avec les différentes forces dans l'univers.
Selon les besoins du lecteur, beaucoup d'illustrations ou d'informations (schémas, équations, données historiques/expérimentales) qu'il (elle) trouvera nécessaires pour mieux comprendre ou satisfaire plus avant sa curiosité se trouvent dans les liens en dernière page. On s'est efforcé de renvoyer vers ces références précises tout au long de ce dossier.
En espérant ainsi permettre une grande flexibilité de lecture prenant appui sur les grandes lignes et perspectives indiquées dans le texte.

DOCUMENT         FUTURA-SCIENCES         LIEN

04/07/2012

Découverte d'une nouvelle particule :
est-ce le boson de Higgs ?

Les résultats préliminaires obtenus par les expériences Atlas et CMS du Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) dans le cadre de la recherche du boson de Higgs indiquent l'existence d'une nouvelle particule dans la région de masse autour de 126 GeV. Il s'agit d'un boson dont les caractéristiques sont compatibles avec celles du célèbre boson de Higgs. Bien que des analyses complémentaires soient nécessaires pour en établir la nature exacte, cette découverte représente une étape cruciale dans la compréhension de l'univers et de la matière.

VIDEO        CNRS       LIEN

LE  SPIN :c'est  le  moment  angulaire ( ou cinétique ) des  particules  quantiques.

DOCUMENT       univ-Lill.fr         LIEN

Un nouveau  boson au CERN: le  Higgs, peut-être...

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences Share on joliprintPDF  Partager C’est un boson, le plus lourd jamais découvert dans un accélérateur de particules et on observe les conséquences de son existence dans les deux détecteurs géants du LHC. Voici l'annonce du Cern, tant attendue. Avec une masse d’environ 126 GeV, il s’agit très probablement du boson de Higgs supposé être à l’origine des masses des particules élémentaires. Mais il reste du travail pour déterminer s’il possède bien les propriétés du boson de Higgs ou s’il s’agit d’une particule radicalement nouvelle.
Parcourez notre dossier complet sur le boson de Higgs
Tout le monde attendait la conférence de ce matin du 4 juillet 2012 au Cern, annonçant les derniers résultats de la chasse au boson de Higgs. Avait-on enfin découvert la mythique particule censée expliquer l’origine des masses des quarks et des leptons du modèle standard et plus précisément celles des particules médiatrices des forces du modèles électrofaibles ? Les rumeurs de la découverte de ce boson allaient bon train mais la seule chose certaine était que quatre des six physiciens ayant introduit le mécanisme dit de Brout-Englert-Higgs en 1964 seraient bien présents pour écouter ce que les deux porte-paroles des expériences phares du LHC allaient dire.
C’est Joe Incandela qui a pris la parole le premier, au nom de la collaboration CMS, puis ce fut le tour de Fabiola Gianotti pour Atlas. Dans les deux cas l’émotion a saisi l’assemblée ainsi bien sûr que tous les physiciens suivant le séminaire sur Internet, lorsque les deux chercheurs ont dévoilé les résultats des analyses faites.

En rouge on voit la trajectoire de 4 muons dans le détecteur Atlas, résultant très probablement de la désintégration d'un boson de Higgs. © ATLAS, Collaboration-Cern
Il y a très peu de doute que les détecteurs Atlas et CMS aient effectivement permis de découvrir une nouvelle particule dans les produits de collisions de faisceaux de protons durant les années 2011 et 2012 au Cern. Dans les deux cas, il s’agit d’un boson dont la masse est d’environ 126 GeV et qui se désintègre en d’autres particules selon des réactions similaires. On observe ainsi des paires de photons gamma et des quadruplets de leptons (comme des muons ou des électrons), ainsi que d’autres produits de désintégrations.
Un boson dont l'identité est encore incertaine
Surtout, si l’on compare les deux détecteurs à deux appareils de réception radio cherchant à écouter une station à une fréquence donnée au-dessus d’un bruit de fond, la musique qu’ils écoutent maintenant est devenue beaucoup plus clairement audible. En termes techniques, on dit que le signal est au-dessus du bruit de fond à 5 sigma dans les deux appareils. C’est un peu comme si on écoutait une partie d’une symphonie de Mozart et qu’il n’y ait que 0,00003 % de chance environ que des fluctuations dans le bruit de fond aient reproduit par hasard ce morceau de musique.

John Ellis, le grand physicien théoricien, répond à la question : qu'est-ce que le boson de Higgs et comment le recherche-t-on ? © CernTV, YouTube
Cinq sigma, c'est le seuil que l'on doit atteindre, dans deux appareils de détections différents, pour éviter des erreurs systématiques, et pouvoir affirmer avoir fait une découverte en physique. Peut-on dire pour autant que l'on a découvert le boson de Higgs ?
Pas encore....
Cependant, comme le dit le directeur de la recherche du Cern, Sergio Bertolucci : « Il est difficile de ne pas s’enthousiasmer. Nous avions dit l’année dernière qu'en 2012, soit nous trouverions une nouvelle particule semblable au boson de Higgs, soit nous exclurions l’existence du Higgs du modèle standard. Avec toute la prudence qui s’impose, nous nous trouvons, il me semble, à un croisement : l’observation de cette nouvelle particule nous montre la voie à suivre dans l’avenir pour mieux comprendre ce que nous observons dans les données ». Ce à quoi Rolf Heuer, le directeur général du Cern, a ajouté : « Nous avons franchi une nouvelle étape dans notre compréhension de la nature. La découverte d’une particule dont les caractéristiques sont compatibles avec celles du boson de Higgs ouvre la voie à des études plus poussées, exigeant davantage de statistiques, qui établiront les propriétés de la nouvelle particule ; elle devrait par ailleurs lever le voile sur d’autres mystères de notre univers ».
Futura-Sciences reviendra bientôt plus en profondeur sur cette découverte.

DOCUMENT          FUTURA-SCIENCES         LIEN

DOCUMENT            CERN           LIEN

Identifier formellement les caractéristiques de la nouvelle particule prendra beaucoup de temps et exigera un grand nombre de données. Mais, quelles que soient les propriétés du boson de Higgs, nous sommes sur le point de faire un grand pas en avant dans notre compréhension de la structure fondamentale de la matière.

LE   BOSON   DE   HIGGS                     04/07/2012

04.07.2012  Les expériences du CERN observent une particule dont les caractéristiques sont compatibles avec celles du boson de Higgs tant attendu
Genève, le 4 juillet 2012. À l’occasion d’un séminaire qui s’est tenu aujourd’hui au CERN1 en prélude à la grande conférence de physique des particules de l’année, ICHEP2012, qui s’ouvrira demain à Melbourne, les expériences ATLAS et CMS ont présenté leurs derniers résultats préliminaires concernant la recherche du boson de Higgs tant attendu. Les deux expériences observent une nouvelle particule dans la gamme de masses au voisinage de 125-126 GeV.

« Nous observons dans nos données des indices clairs d’une nouvelle particule, au niveau de 5 sigmas, dans la gamme de masses autour de 126 GeV. La performance remarquable du LHC et d’ATLAS et les efforts considérables qui ont été déployés nous ont conduits à ce résultat exaltant, a déclaré la porte-parole de l’expérience ATLAS, Fabiola Gianotti, mais il nous faut un peu plus de temps pour qu’il puisse être publié.

« Ces résultats sont préliminaires, mais le signal de 5 sigmas observé au voisinage de 125 GeV est remarquable. Il s’agit effectivement d’une nouvelle particule. Nous savons que ce doit être un boson et qu’il s’agit du boson le plus lourd jamais observé, souligne le porte-parole de l’expérience CMS,Joe Incandela. Les conséquences sont considérables ; c'est précisément pour cette raison que nous devons être extrêmement rigoureux dans toutes nos études et vérifications. »

« Il est difficile de ne pas s’enthousiasmer, a indiqué le Directeur de la recherche du CERN, Sergio Bertolucci. Nous avions dit l’année dernière qu'en 2012, soit nous trouverions une nouvelle particule semblable au boson de Higgs, soit nous exclurions l’existence du Higgs du Modèle standard. Avec toute la prudence qui s’impose, nous nous trouvons, il me semble, à un croisement : l’observation de cette nouvelle particule nous montre la voie à suivre dans l’avenir pour mieux comprendre ce que nous observons dans les données. »

Les résultats présentés aujourd’hui sont qualifiés de préliminaires. Ils reposent sur les données recueillies en 2011 et 2012, les données de 2012 étant toujours en cours d’analyse. Ils devraient pouvoir être publiés vers la fin du mois de juillet. Une représentation plus complète des observations faites aujourd’hui se dégagera plus tard dans l’année, lorsque les expériences auront reçu du LHC davantage de données.

Il s’agira ensuite de déterminer la nature précise de la particule et son importance pour notre compréhension de l’Univers. Ses propriétés sont-elles celles qu’on s’attendait à trouver dans le boson de Higgs tant attendu, le maillon manquant du Modèle standard de la physique des particules ? Ou est-ce quelque chose de plus exotique ? Le Modèle standard décrit les particules fondamentales dont nous sommes faits, comme toute chose visible dans l'Univers, ainsi que les forces qui les unissent. Il s’avère toutefois que l’Univers visible ne représente pas plus de 4 % environ de l’ensemble. Une version plus exotique du boson de Higgs pourrait nous permettre de comprendre les 96 % de l’Univers qui restent obscurs.

« Nous avons franchi une nouvelle étape dans notre compréhension de la nature, a déclaré le Directeur général du CERN, Rolf Heuer. La découverte d’une particule dont les caractéristiques sont compatibles avec celles du boson de Higgs ouvre la voie à des études plus poussées, exigeant davantage de statistiques, qui établiront les propriétés de la nouvelle particule ; elle devrait par ailleurs lever le voile sur d’autres mystères de notre Univers. »

VIDEO      LE  FIGARO           LIEN