4 Juillet 2012 – Annonce par le CERN de la découverte du boson d’Higgs

L’ère de la physique du Higgs – Qu’est-ce que le boson de Higgs ?Le CERN, Organisation européenne pour la recherche nucléaire, annonce le 4 juillet 2012, avoir découvert le boson de Higgs, une particule capable d’expliquer pourquoi certaines particules ont une masse et d’autres non. Higgs 10 | Max Planck Institut für Physik

Le boson de HiggsNous sommes constitués de particules, et il en va de même pour tout ce qui nous entoure.

Au commencement de l’Univers, les particules n’avaient pas de masse. Elles se déplaçaient à la vitesse de la lumière.Si les étoiles, les planètes et la vie ont pu émerger, c’est parce que les particules ont acquis une masse grâce au champ de Higgs.

L’existence de ce champ a été confirmée en 2012, par la découverte au CERN du boson de Higgs qui lui est associé. Fresh evidence suggests particle discovered in 2012 is the Higgs boson | MIT News | Massachusetts Institute of Technology Qu’est-ce que le boson de Higgs ?Dans la description actuelle de la nature, chaque particule est une onde dans un champ. Par exemple, la lumière est à la fois une onde dans le champ électromagnétique et un flux de particules appelées « photons ».

Pour le boson de Higgs, le champ est apparu en premier. Dans l’hypothèse proposée en 1964, il s’agissait d’un nouveau type de champ présent dans tout l’Univers et donnant une masse à toutes les particules élémentaires. Le boson de Higgs est une onde à l’intérieur de ce champ. La découverte du boson confirme l’existence du champ de Higgs.

Comment les particules acquièrent-elles une masse ?Les particules acquièrent une masse lors de leur interaction avec le champ de Higgs. Plus l’interaction est forte, plus la particule est massive. Les photons, par exemple, n’interagissent pas avec ce champ : ils n’ont pas de masse. D’autres particules élémentaires interagissent avec ce champ, et sont donc dotées de masses diverses.

Ce phénomène par lequel les particules acquièrent une masse est appelé « mécanisme de Brout-Englert-Higgs », du nom de trois théoriciens, Robert Brout, François Englert et Peter Higgs.

Comment a-t-on découvert le boson de Higgs ?On ne peut pas « trouver » le boson de Higgs quelque part. Il doit être produit au cours d’une collision de particules puis se désintégrer en d’autres particules qui peuvent alors être identifiées dans des détecteurs. Le boson de Higgs expliqué à ma fille – Science étonnante Les traces de ces particules se trouvent dans les données collectées. La difficulté, c’est que ces particules peuvent être issues d’autres processus, alors que le boson de Higgs n’apparaît qu’au cours d’une collision sur un milliard au LHC. C’est l’analyse minutieuse d’énormes quantités de données qui a permis en 2012 de repérer le faible signal de la particule.

Comment a-t-on su que c’était le Higgs ?

Le 4 juillet 2012, ATLAS et CMS annonçaient au CERN la découverte d’une nouvelle particule. Higgs10 : Un boson est né | CERN Une particule sans charge électrique, à durée de vie courte et se désintégrant comme le prévoyait la théorie pour le boson de Higgs. Il fallait encore vérifier son « spin », le boson de Higgs étant la seule particule à avoir un spin nul.

En examinant deux fois et demie plus de données, ils ont conclu en mars 2013 qu’un type de boson de Higgs avait effectivement été découvert. GEANT4 simulation of HPGe Clover detector | Nuclear Physics 101 Qu’avons-nous appris depuis ?La découverte du boson de Higgs n’était qu’un début. Au cours des dix années suivantes, les physiciens ont étudié son interaction avec d’autres particules.

La force de l’interaction peut être mesurée expérimentalement en observant la production et la désintégration des bosons de Higgs : plus une particule est lourde, plus il est probable qu’elle intervienne dans un tel processus. En 2016, on a découvert l’interaction du boson de Higgs avec le lepton tau et en 2018 avec les quarks top et bottom.

Mais il nous reste encore beaucoup à apprendre.Qu’allons-nous chercher ensuite ?

Nous avons encore beaucoup à apprendre sur le boson de Higgs. PDF) Le boson de Higgs: La quete de l'origine de la masse Est-il unique en son genre ou existe-t-il tout un secteur de particules de Higgs ? Contribue-t-il à expliquer comment l’univers s’est formé, la matière triomphant de l’antimatière ? Obtient-il sa masse en interagissant avec lui-même d’une manière ou d’une autre ? Et pourquoi sa masse est-elle si faible, ce qui suggère l’existence d’un tout nouveau mécanisme. Dix ans après la découverte du boson de Higgs, où en est-on ? | Les Echos La matière noire et d’autres nouvelles particules pourraient-elles être découvertes grâce à des interactions avec le boson de Higgs ?

Une énigme particulière que le boson de Higgs est utilisé pour sonder est le mystère de la matière noire. Comme la matière noire a une masse, le mécanisme BEH nous dit que le boson de Higgs devrait interagir avec elle. Les physiciens utilisent ces connaissances pour rechercher la matière noire produite aux côtés des bosons de Higgs dans le LHC et, en limitant la vitesse à laquelle le boson de Higgs se désintègre en particules invisibles ou non observées, rechercher la matière noire produite à partir des bosons de Higgs eux-mêmes. Ces recherches imposent de fortes contraintes aux théories des interactions de la matière noire avec la matière normale (voir figure de gauche). Jusqu’à présent, aucune de ces recherches n’a rien trouvé d’inattendu, mais la recherche est toujours en cours et il reste encore beaucoup à explorer !

Dix ans après la découverte, le voyage ne fait que commencer.

Quel est l’impact du boson de Higgs sur nos vies ?

Le boson de Higgs a un impact sur notre quotidien, et vous ne le soupçonnez peut-être pas.

Il nous donne une clé pour répondre à nos questions sur l’Univers et son évolution : pourquoi avons-nous une masse, comme toute la matière qui nous entoure ?

Pour rechercher cette particule, les technologies des accélérateurs et des détecteurs ont été poussées à leurs limites, ce qui a permis des avancées dans de nombreux domaines, comme celui de la santé ou de l’aérospatiale, pour ne citer que ces exemples.

Le mercredi 4 juillet 2012, alors que s’ouvre à Melbourne la grand-messe annuelle de physique des particules, le CERN, près de Genève, est en pleine ébullition. L’Organisation européenne pour la recherche nucléaire a bouleversé l’agenda international de la science pour officialiser, données à l’appui, ce qui gronde comme une rumeur depuis plusieurs mois dans la communauté : la découverte « quasi certaine » du boson de Higgs, le mystère le plus sublime de l’infiniment petit qui fait l’objet de la plus grande battue expérimentale jamais réalisée. Les coauteurs de cet élément jusqu’alors théorique qu’ils ont décrit dans un article d’une page et demi paru le 15 septembre 1964 – l’Ecossais Peter Higgs lui-même et le Belge François Englert – ont fait le déplacement. L’amphithéâtre de 400 places réservé à l’annonce est pris d’assaut. Certains, tels des chasseurs de soldes, ont passé la nuit devant les portes. L’instant est historique.