Les premières premières traces du boson de Higgs ?

[pelon]

Le fameux boson de Higgs est nécessaire dans le modèle standard de la physique des particules. Il servirait à expliquer pourquoi certaines particules élémentaires, comme les électrons, ont une masse. Cette masse serait le fruit de l'interaction des particules avec les bosons. Reste à découvrir le boson de Higgs.

Les premières premières traces du boson de Higgs

Par Cyrille Vanlerberghe

«Ça fait dix ans que je n'ai pas été aussi excité à une conférence de physique», avoue avec un large sourire un chercheur français dans les couloirs de la grande conférence européenne de physique des particules à Grenoble. La cause de toute cette excitation et de nombreux débats animés en marge des présentations, c'est la découverte par le LHC, le nouvel accélérateur de particules du Cern à Genève, de signes qui pourraient bien être les premières preuves de l'existence du boson de Higgs, l'insaisissable particule qui est le Graal absolu de la discipline depuis des années.

Cette particule vaudra sans aucun doute un prix Nobel à ses découvreurs car, d'après la théorie imaginée par le Britannique Peter Higgs dans les années 1960, elle doit permettre à elle seule d'expliquer pourquoi toutes les particules qui nous composent, comme les protons ou les électrons, ont une masse. La nouvelle est d'autant plus enthousiasmante qu'après des problèmes de mise en route, l'accélérateur LHC (Large Hadron Collider) fonctionne désormais à merveille et va permettre aux chercheurs européens de damer le pion à leurs collègues américains, dont la machine concurrente, le Tevatron, arrive en fin de vie et ne pourra pas découvrir seule le Higgs.

«Je sais que c'est difficile, mais il faut être patient», assure Rolf Heuer, le directeur général du Cern. Il refuse, comme ses collègues, de sauter le pas et de confirmer la découverte du boson de Higgs, mais son petit sourire en coin trahit tout de même son excitation. Malgré cette prudence officielle, les courbes présentées lundi par les porte-parole des deux grands détecteurs du LHC, Atlas et CMS, sont pour le moins troublantes. Les deux équipes scientifiques, rassemblant chacune plus de 3 000 physiciens venus du monde entier, ont toutes les deux trouvé de manière totalement indépendante des perturbations comparables dans les mêmes bandes d'énergie. Dans une zone comprise entre 115 et 140 GeV (giga-électronvolt, soit un milliard d'électronvolts), les courbes de données des deux expériences présentent chacune des bosses anormales qui pourraient parfaitement correspondre à la signature du boson de Higgs.

Les physiciens ne voient pas à proprement parler les particules qu'ils recherchent, mais ils utilisent le LHC pour projeter l'un contre l'autre des protons à des vitesses proches de celles de la lumière et produire des milliards de désintégrations dont certaines, très rares, provoqueront l'apparition d'une particule particulière, le Higgs par exemple. «La difficulté, c'est qu'on n'est pas encore certains que les bosses dans les courbes ne sont pas le résultat de fluctuations ou du bruit de fond produit par des événements parasites», explique Dave Charlton, l'un des porte-parole de l'expérience Atlas travaillant à l'université de Birmingham. «Il nous faut plus de données, mais on devrait être définitivement fixés sur le Higgs d'ici à la fin 2012», promet Johann Collot, enseignant-chercheur à l'université Joseph Fourier, membre de l'expérience Atlas et organisateur de la conférence à Grenoble.

[Zorglub]

J'ai parcouru la page Wikipedia de ce boson sans avoir compris grand chose. Mais quelque chose interpelle mon (...) sens commun, comment une particule peut, par interaction, expliquer la masse(/énergie ?) d'autres particules ? Qui plus est une particule particulièrement massive ? Ou n'y a-t-il pas grand chose à comprendre, mais à admettre ?

[shadoko]

Je crois que la notion de "masse" a évolué, en physique. C'était avec Newton une quantité intrinsèque et invariable des objets. C'est devenu avec Einstein une autre notion: masse inertielle, qui devient plus grande quand on s'approche de la vitesse de la lumière, et interchangeable avec de l'énergie (la fameuse équation). Cette histoire de boson de Higgs veut encore changer le statut de la masse. Cela devient une propriété obtenue par intéraction d'une particule avec d'autres, les bosons de Higgs. Et eux, ils ont une masse par intéraction avec eux-même...

[jeug]

Mais ... l'interaction entre 2 masses, c'est la gravitation, non ?

[shadoko]

Bon, tout d'abord, avant de continuer, je voudrais préciser que je suis loin d'être un spécialiste de tout ça, ce que je dis est donc à prendre avec les précautions de rigueur. Je répète donc ce que je comprends de manière un peu superficielle.

Effectivement, quand deux objets ont une masse, elles s'attirent à cause de cette masse, et ça s'appelle la gravitation. Toutefois, la physique des particules s'intéresse peu à cet aspect de la masse, parce que l'interaction gravitationnelle entre deux particules est extrêmement faible, justement parce qu'elles ont des masses très faibles, et que quand elles s'approchent très près l'une de l'autre, il y a d'autres forces qui son beaucoup plus importantes, appelées interaction électromagnétique faible et forte (la forte, c'est la classique, des charges plus et moins qui s'attirent, la faible, c'est autre chose, visible seulement à ces échelles). Par contre, dans ces interactions de particules, il y un autre aspect de la masse qui est beaucoup plus important, qui est la masse inertielle, en rapport avec l'énergie et donc la vitesse des particules, et qui, lors d'un choc entre plusieurs particules, qui donne d'autres particules, permet de faire un lien, entre les particules qui arrivent et leurs vitesses, et les particules qui sont produites après la collision. C'est cet aspect de la masse qui est au centre de la prévision du boson de Higgs.

A priori, la masse (grave) qui fait que deux objets s'attirent n'a pas de raison d'être liée à la masse (inertielle) qui fait qu'il est plus difficile de changer le mouvement de quelque chose de très massique. Pourtant, on constate une très bonne concordance entre les deux (avec la masse inertielle au repos, pour être précis), et jusqu'ici, elles sont identifiées dans la théorie.

[Zorglub]

Merci shadoko, c'est un peu plus clair.

[Harpo]

Je crois que la notion de "masse" a évolué, en physique. C'était avec Newton une quantité intrinsèque et invariable des objets. C'est devenu avec Einstein une autre notion: masse inertielle, qui devient plus grande quand on s'approche de la vitesse de la lumière, et interchangeable avec de l'énergie (la fameuse équation). Cette histoire de boson de Higgs veut encore changer le statut de la masse.

Non Shadoko, la masse est une quantité invariable pour une particule, dans le cadre des définitions actuelles. Elle est "interchangeable" (proportionnelle) avec l'énergie de masse ou énergie au repos et non avec l'énergie totale (qui comprend en plus l'énergie cinétique.

C'est d'ailleurs pour cette raison que les premières formulations de la relativité restreinte lui attribuaient une masse (sa quantité de mouvement divisée par sa vitesse, comme pour les "objets ordinaires"). Avec cette définition, la masse augmentait avec la vitesse, sans que la matière elle même voit sa quantité croître, ce qui est contraire à la notion commune de masse. Cette définition de la masse a été abandonnée et on appelle actuellement masse ce qu'on appelait alors masse au repos. Si tu veux, c'est par ce tour de passe-passe que le photon n'a plus de masse. Mais la formulation des lois de la physique en est devenue bien plus cohérente. En particulier, la relativité générale dont de nombreuses mesures ont montré la validité a une formulation plus simple (mais pas tant que ça) qu'avec une masse fonction de la vitesse. Finalement c'est une question de définition.

(Harpo, mai 2005).

[shadoko]

Non Shadoko, la masse est une quantité invariable pour une particule, dans le cadre des définitions actuelles. Elle est "interchangeable" (proportionnelle) avec l'énergie de masse ou énergie au repos et non avec l'énergie totale (qui comprend en plus l'énergie cinétique.

C'est un peu une question de vocabulaire. En relativité, il y a un terme constant (masse au repos), et un terme qui lui est proportionnel et qui varie avec la vitesse, et qui est celui qui joue le rôle inertiel. C'est de cela que je parle.

Cela dit, effectivement, le champs scalaire de Higgs (le "boson de Higgs") ne joue que sur la masse au repos de certaines particules. Mais cette masse au repos n'a d'influence dans le modèle standard des particules que par son caractère inertiel, pas son caractère gravitationnel.

[Harpo]

Tout à fait d'accord avec ce que tu dis. Comme je le disais, c'est une question de définition... mais autant utiliser celle qui a cours actuellement.

[Koceila]

J'ai donné une réponse mais elle a été virée je ne vais pas m'amuser à retaper, lisez le bouquin de feynman et surtout le dernier Stephen Hawkins avant de raconter n'importe quoi!!