Le boson de Higgs

D'où vient la masse des particules ?

Les détecteurs Atlas et CMS du LHC ont produit en quelques mois de 2012, plus de collisions que tout au long de l'année 2011. Mais le boson de Higgs, la « particule divine » comme certains l'appellent, n’a toujours pas été observée. Le mercredi 4 juillet 2012, s'est tenue en Australie la 36e International Conference on High Energy Physics, une conférence sur la recherche du boson de Higgs. Quelques phrases enthousiasmantes mais toujours pas de boson de Higgs. Sergio Bertolucci (directeur de la recherche du CERN) :
« 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 ».
Rolf Heuer (directeur général du CERN) : « 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 ».

Certaines collisions réalisées au LHC pourraient indirectement mettre en évidence le boson de Higgs, les physiciens espèrent que cette nouvelle ère de la physique leurs apporte de nouvelles données sur le fonctionnement de l’Univers.
Pour comprendre les lois fondamentales de la Nature, les physiciens s'appuient sur le modèle standard qui décrit remarquablement la physique des particules.
Ce modèle prédit l'existence d'une particule, appelée boson de Higgs, dont la détection est un des objectifs prioritaire du LHC.
Le boson de Higgs est une particule prédite par le fameux "modèle standard" de la physique des particules élémentaires et constitue le chainon manquant 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 puisque aucune expérience ne l'a pour l'instant observée de façon indiscutable.

N. B. : Les noyaux des atomes sont constitués de protons et de neutrons. Autour de ces noyaux, gravitent les électrons. Ces trois éléments (protons, neutrons et électrons) constituent pratiquement toute la matière.

Vidéo : John Ellis, physicien théoricien, explique par une analogie le champs de Higgs et comment recherche-t-on le boson de Higgs. © CernTV, YouTube

Le modèle standard

Aujourd'hui le modèle Standard décrit avec succès trois des quatre interactions fondamentales : forte, faible et électromagnétique. Le Modèle Standard ne décrit pas la quatrième interaction : l'interaction gravitationnelle.

Les trois familles de particules élémentaires :
- les quarks up et down, et les leptons, électron et neutrino électronique,
- les quarks charm et strange, et les leptons muon et neutrino muonique,
- les quarks top et bottom et les leptons tau et neutrino tau.
Quatre de ces particules élémentaires suffiraient en principe pour construire le monde qui nous entoure : les quarks up et down, l'électron et le neutrino électronique. Les autres sont instables et se désintègrent pour rejoindre ces quatre particules.

Image : Le tableau des particules élémentaires du Modèle Standard, classe les fermions, constituants de la matière et les bosons.