Le boson de Higgs dévoilé ?

Les traces de collisions entre protons mesurées au LHC du CERN.
Photo: Agence France-Presse (photo) Fabrice Coffrini Les traces de collisions entre protons mesurées au LHC du CERN.

Les physiciens du monde entier étaient en liesse hier, alors que les responsables des deux grandes expériences menées au Large Hadron Collider (LHC) du Centre européen de recherche nucléaire (CERN) confirmaient l’existence d’une nouvelle particule élémentaire, qui pourrait bien être le fameux de boson Higgs pourchassé depuis plus de 20 ans.

L’annonce a été faite dans le grand amphithéâtre du CERN près de Genève, et retransmise par vidéoconférence à Melbourne, en Australie, où se tient l’International Conference on High Energy Physics, le plus grand congrès mondial sur la physique des particules. À tour de rôle, Joe Incandela, le chef de l’expérience menée avec le détecteur CMS, et Fabiola Gianotti, la directrice de l’expérience conduite à l’aide du détecteur ATLAS, ont fait part de leurs résultats qui démontrent des « signes clairs de l’existence d’une nouvelle particule » puisqu’ils ont atteint le très significatif « niveau 5 sigma ». En d’autres termes, ces résultats suggèrent avec une probabilité de 99,9999426697 % l’existence d’une nouvelle particule.


Au milieu de l’assistance se trouvaient Peter Higgs, 83 ans, et François Englert, 79 ans, deux des trois physiciens qui en 1964 ont proposé l’existence du boson de Higgs, dont le champ qu’il produit confère une masse aux particules de la matière. Visiblement très émus, les deux physiciens ont rendu hommage à leur collègue Robert Brout décédé en mai dernier à 83 ans.


En décembre dernier, les chercheurs affirmaient détenir des indices de l’existence du boson de Higgs, mais « ces indices n’étaient pas significatifs. Or, depuis, nous avons recueilli plus que le double des données qui avaient été analysées en décembre et nous avons aussi procédé à des analyses plus pointues et plus complexes de ces données, ce qui fait que nous pouvons affirmer de façon plus certaine que nous avons observé une nouvelle particule », précise la physicienne Brigitte Vachon de l’Université McGill qui a participé à l’expérience ATLAS.

 

Une particule instable


Les chercheurs n’ont pas observé le boson de Higgs lui-même puisqu’il s’agit d’une particule excessivement instable qui se désintègre instantanément en d’autres particules. Et ce qui a compliqué la chasse au boson de Higgs est le fait qu’il possède divers modes de désintégration. « Rechercher le boson de Higgs s’est avéré encore plus difficile que de retrouver une aiguille dans des centaines de bottes de foin ! Il a fallu analyser des quantités gigantesques de données pour observer un phénomène excessivement rare », fait remarquer Brigitte Vachon. Non pas que les bosons de Higgs soient rares dans l’Univers, mais il a fallu atteindre des énergies colossales pour en produire et ensuite observer les produits de leur désintégration. Seul le LHC (Large Hadron Collider) a permis d’atteindre des niveaux d’énergie suffisants pour créer cette nouvelle particule, dont la masse serait d’environ 125 gigaélectronvolts (GeV).


« La nouvelle particule détectée semble emprunter principalement deux canaux de désintégration : dans un cas, elle se décompose en deux photons et dans l’autre cas, elle se transforme en deux bosons Z, lesquels se désintègrent à leur tour en deux électrons, deux muons ou deux taus. Par exemple, le détecteur ATLAS a décelé quatre électrons à la suite d’une collision entre deux protons accélérés à haute énergie au sein du LHC. En mesurant la direction et l’énergie de ces quatre électrons, nous avons pu calculer quelle devait être la masse de cette particule », explique Mme Vachon. Et pour souligner la rareté de ces événements, Jean-François Arguin, professeur de physique des particules à l’Université de Montréal, précise qu’« on a produit au LHC un milliard de collisions entre deux protons par seconde, et ce, pendant près de deux ans. Et de ces collisions, nous n’avons observé que 100 événements de désintégrations en deux photons et une dizaine de désintégrations en deux bosons Z ».


« Nous n’avons pas découvert le boson de Higgs, souligne par ailleurs la physicienne. Nous avons observé l’existence d’une nouvelle particule. Une particule qui ressemble à quelques égards au boson de Higgs. Mais il nous reste à étudier les propriétés de cette particule pour confirmer s’il s’agit bien du boson de Higgs. Et cela nécessitera encore quelques années de travail. » Le modèle standard, une théorie largement acceptée par les physiciens qui décrit les particules élémentaires dont sont constitués les atomes, et les forces fondamentales de l’univers, prévoit l’existence du boson de Higgs qui confère une masse aux particules par le biais de son interaction avec elles. « Cette théorie ne prédit toutefois pas la masse du boson de Higgs, une information qui aurait facilité notre recherche », indique Brigitte Vachon. M. Arguin ajoute que le modèle standard précise par contre la fréquence avec laquelle le boson utilise chaque canal de désintégration, et les deux canaux de désintégration qui ont révélé l’existence d’une nouvelle particule de 125 GeV sont tout à fait en accord avec le modèle standard.


« La confirmation de l’existence du boson de Higgs permettrait de valider notre modèle standard qui décrit la nature à très petite échelle. Elle orientera aussi nos recherches futures, notamment sur la nature de la matière noire », affirme Brigitte Vachon.

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Une damnée particule

Qu’est-ce que le boson de Higgs ? L’existence du boson de Higgs a été prédite en 1964 par trois physiciens : Peter Higgs de l’Université d’Édimbourg d’un côté, ainsi que les Belges François Englert et Robert Brout de l’autre. Ces deux équipes sont arrivées à la même hypothèse de manière indépendante et par une approche mathématique différente. Pour cette raison, il faut plutôt parler du boson de Brout-Englert-Higgs, ou boson BEH. Plusieurs physiciens le désignent aussi sous l’appellation de « boson scalaire ». Selon la théorie du modèle standard qui décrit les particules élémentaires et leurs interactions, il aurait permis aux différentes particules d’acquérir une masse juste après le Big Bang.

Pourquoi le boson de Higgs est-il surnommé particule de Dieu ? C’est le livre The God Particle : If the Universe Is the Answer, What Is the Question ? du physicien étasunien Leon M. Lederman, lauréat du prix Nobel de physique en 1988, qui est à l’origine du surnom attribué au boson de Higgs. Pour la petite histoire, Lederman aurait plutôt souhaité intituler son livre Goddamn Particle étant donné que personne n’arrivait à la trouver, mais son éditeur en aurait décidé autrement.

A-t-on enfin vu le boson de Higgs ? Les physiciens n’ont pas vu le boson de Higgs lui-même, car il s’agit d’une particule extrêmement instable qui, une fois qu’elle a été créée, se désintègre aussitôt en d’autres particules. Les physiciens ont plutôt déduit l’existence du boson de Higgs après avoir analysé les débris générés par les collisions entre protons qui ont lieu dans le grand collisionneur de hadrons (Large Hadron Collider). Leur analyse a révélé l’occurrence d’un signal particulier qui se démarque clairement du bruit de fond et qui correspond à la signature du boson de Higgs.

9 commentaires
  • Catherine Paquet - Abonnée 5 juillet 2012 05 h 18

    Prochaine étape...

    Si j'ai bien compris, à cette étape de la recherche, on peut se poser sérieusement la question de l'existence d'un univers "miroir". C'est à dire que l'énergie primaire qui s'est transformée en matière, que l'on appelle le Big Bang, aurait, en créant motre univers, appelons le positif, créé un autre univers, "négatif". Notre univers aurait donc une forme et une limite, puisqu'il en existerait au moins un autre.L'infini ne serait pas vraiment "infini".

    • Edouard Mercure - Inscrit 5 juillet 2012 20 h 26

      Cela me fait penser au ''monde inconnaissable'' de Jean Charont dans son livre '' J'ai vécu 15 milliards d'années" dans lequel il tente d'expliquer ''l'esprit'' dans la matière. À lire...

  • Jean-Pierre Sirois-Trahan - Inscrit 5 juillet 2012 07 h 04

    Prix Nobel?

    Un premier Québécois francophone Prix Nobel, une femme en plus.? Bravo en tous les cas.

    • Bernard Terreault - Abonné 5 juillet 2012 07 h 55

      Hélas, Madame Vachon fait partie d'une équipe de centaines (sinon plus de mille) physiciens et physiciennes qui ont épluché les données acquises grâce au travail de centaines d'autres. Seuls les chefs d'équipe pourraient obtenir le prix, qui est attribué à trois personnes max. Et il faut a fortiori récompenser les théoriciens qui ont prédit l'existence de cette particule il y a déjà des dizaines d'années.

    • Jean-Pierre Sirois-Trahan - Inscrit 5 juillet 2012 11 h 02

      Merci pour cette réponse. Effectivement, ce genre de méga-projet est collectif et supranational. Un petit papier pour éclairer la contribution de l'équipe de McGill serait intéressant; j'imagine qu'elle a trouvé par elle-même quelques précieux morceaux du casse-tête.

      N'oublions pas que McGill a eu comme professeur de 1898 à 1907 Ernest Rutherford, découvreur de la désintégration des éléments (avec Frederick Soddy, préparateur de McGill qui gagnera le Nobel de chimie en 1921) et du noyau de l'atome, pour lesquelles découvertes il a eu le Nobel de chimie en 1908. Il y a là une grande histoire méconnue.

    • François Dugal - Inscrit 5 juillet 2012 12 h 45

      Il ne faudrait pas non plus oublier Monsieur Yves Sirois, natif de Matane, qui est un des physiciens du CERM.

  • France Marcotte - Inscrite 5 juillet 2012 12 h 30

    La beauté en vase clos

    Allez savoir pourquoi, cette histoire de boson ne réussit pas à m'émouvoir devant la grandeur de la science.

    Des questions terre à terre ne cessent de m'assaillir, peut-être sachant l'utilisation qu'on a fait par le passé de soi-disant grandes découvertes, comme celles qui ont permis les atrocités de la bombe atomique.

    Peut-on encore parler de la science sans parler de ses applications, sans parler des pouvoirs qui en feront usage?

    Je n'ai pas tellement envie de me réjouir quand la science jubile coupée du monde pour la beauté de la recherche en imaginant les rustres aux portes des laboratoires qui se frottent les mains en planifiant les retombées.

    • Simon Chamberland - Inscrit 5 juillet 2012 23 h 05

      Par définition, à ce niveau, on est dans la science totalement pure, c'est-à-dire celle dont on n'imagine pas encore d'application concrète.

      Les grandes découvertes ont peut-être menées à la bombe atomique. comme dans l'exemple que vous choississiez, mais les mêmes découvertes ont mené aussi à de millions de diagnostiques rapides, des millions de traitements médicaux, à des avancées techno-scientifiques incroyable sans lesquelles vous n'auriez pas les moyens de télécommunication actuels, et par là je pense à toute l'informatique.

  • Jacques Adams-Robenhymer - Abonné 5 juillet 2012 20 h 25

    Une idée de 50 ans

    Dans "La physique et la réalité" (1936) Einstein écrivait:

    "L'éternel mystère du monde est sa compréhensibilité"

    Le LHC est bien sûr une réalisation technologique extraordinaire; mais, le fait qu'il y a 50 ans des théoriciens aient pu, par la raison (i.e. les maths), prédire l'existence de ce boson porteur d'un champ qui induit la masse inertielle, est hallucinant. Chapeau aux scientifiques qui ont contribué à cette épopée qui ajoute à la grandeur d'être humain.