Harry Cohen Tanugi

Voici comment la recherche sur le boson de Higgs change la physique

Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du Conseil européen pour la recherche nucléaire (CERN) est un gigantesque collisionneur de particules (synchrotron) situé à Genève, en Suisse. Il y a dix ans, à cette date (4 juillet), le LHC a annoncé que les physiciens du monde entier attendaient avec impatience la découverte de la particule du boson de Higgs depuis des décennies.

Pendant des décennies, les physiciens des particules avaient prévu de prouver l'existence du boson de Higgs comme la "dernière pièce manquante" de la Modèle standard de la physique. Cette particule a joué un rôle crucial dans la confirmation de la la présence du champ de Higgsqui donne une masse à toutes les particules élémentaires.

Le boson de Higgs a été surnommé la "particule de Dieu" dans le livre de Leon M. Lederman et Dick Teresi (1993). La particule de Dieu : Si l'univers est la réponse, quelle est la question ? en raison de l'hypothèse longtemps défendue par les physiciens selon laquelle la particule devait exister, en dépit de toute preuve. Les auteurs ont écrit : "Cette boson est si central dans l'état actuel de la physique, si crucial pour notre compréhension finale de la structure de la matière, et pourtant si insaisissable, que je lui ai donné un surnom : la particule de Dieu. Pourquoi la particule de Dieu ? Pour deux raisons. Premièrement, l'éditeur n'a pas voulu que nous l'appelions "Goddamn Particle", bien que ce titre soit plus approprié, étant donné sa nature infâme et les dépenses qu'elle occasionne. Et deux, il y a un lien, en quelque sorte, avec... un autre livre, a beaucoup plus ancien..."

Le CERN a annoncé la confirmation de l'existence du boson de Higgs le 4 juillet.th, 2012.

En parlant de l'importance du boson de Higgs, le directeur général du CERN, Fabiola Gianotti, a déclaré : "La découverte du boson de Higgs a été une étape monumentale dans la physique des particules. Elle a marqué à la fois la fin d'un voyage d'exploration de plusieurs décennies et le début d'une nouvelle ère d'études de cette particule très spéciale." M. Gianotti a également dirigé l'expérience ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) à l'Institut de physique des particules. CERN lors de la découverte du boson de Higgs.

Une décennie de recherche sur le boson de Higgs s'est écoulée, et les scientifiques ont élucidé divers mystères liés à cette particule. Récemment, les physiciens du CERN ont publié de nombreux articles de recherche dans la revue Nature, soulignant les réalisations et les objectifs futurs de la recherche sur le boson de Higgs. En voici un aperçu :

Les révélations époustouflantes de la recherche sur le boson de Higgs.

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Le détecteur ATLAS au LHC. Source : CERN

La découverte du boson de Higgs est le résultat d'une collaboration internationale entre les équipes ATLAS et CMS (Compact Muon Solenoid) au CERN, qui a impliqué collectivement plus de 5 500 ingénieurs, techniciens, physiciens des particules, étudiants et de nombreux autres membres de soutien issus de 54 nations. Les membres de plus de 240 instituts scientifiques du monde entier ont participé à la recherche du boson de Higgs au LHC, ce qui en fait l'un des plus grands projets scientifiques de l'histoire.

Selon le CERN, tous les résultats obtenus jusqu'à présent par le LHC ne reposent que sur 5 % de la quantité totale de données que le collisionneur livrera au cours de son existence. Il a déjà confirmé un certain nombre de théories et de prédictions du modèle standard de la physique et a également révélé de nouvelles informations.

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Un diagramme mettant en évidence les différentes parties du détecteur CMS. Source : CERN

Voici quelques-unes des plus importantes réalisations de la recherche sur le boson de Higgs :

  • Les expériences ont démontré que la nouvelle particule n'a pas de moment angulaire intrinsèque ni de spin quantique comme le prédit le modèle standard.
  • Les chercheurs ont observé que les bosons de Higgs étaient produits à partir de paires de bosons W ou Z et qu'ils se désintégraient en ces paires, ce qui confirme que ces particules acquièrent leur masse par leurs interactions avec le champ de Higgs, comme le prédit le modèle standard.
  • Les expériences ont également démontré que le quark supérieur, le quark inférieur et le lepton tau (les fermions les plus lourds) obtiennent leur masse par des interactions avec le champ de Higgs, ce qui était également prédit par le modèle standard. Les observations ont confirmé l'existence d'une interaction, ou force, appelée interaction de Yukawa, qui fait partie du modèle standard et est médiée par le boson de Higgs. Ces interactions jouent un rôle important dans l'explication des forces nucléaires qui maintiennent ensemble les protons et les neutrons.
  • La masse du boson de Higgs a été mesurée à 125 milliards d'électronvolts (GeV). Bien que la masse du boson de Higgs ne soit pas prédite par le modèle standard, elle pourrait, avec la masse de la particule élémentaire connue la plus lourde, le quark supérieur, et d'autres paramètres, déterminer la stabilité du vide de l'univers et expliquer pourquoi l'univers n'a pas d'effets négatifs sur l'environnement. ne s'effondre pas sur lui-même.
  • Plus de 60 particules composites (particules composées de plus de deux particules élémentaires) prédites par le modèle standard ont été découvertes jusqu'à présent, y compris des "tétraquarks" et des "pentaquarks" exotiques.

Selon le CERN, "les expériences ont également révélé une série d'indices intrigants de déviations par rapport au modèle standard qui nécessitent des recherches plus approfondies, et ont étudié le plasma quark-gluon qui a rempli l'univers à ses débuts avec une précision sans précédent". Des recherches sont également en cours pour trouver de nouvelles particules au-delà de celles prédites par le modèle standard.

Selon Luca Malgeri, représentant de CMS, "le boson de Higgs lui-même peut indiquer de nouveaux phénomènes, y compris certains qui pourraient être responsables de la matière noire dans l'univers."

La route à suivre

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Le grand collisionneur de hadrons. Source : CERN

La recherche sur le boson de Higgs se poursuit et le LHC nous fournit en permanence des données précieuses sur les champs de Higgs et le boson de Higgs. Les chercheurs doivent encore trouver des réponses à des questions telles que : "Le champ de Higgs donne-t-il également une masse aux fermions plus légers, ou un autre mécanisme pourrait-il être en jeu ? Le boson de Higgs est-il une particule élémentaire ou composite ? Peut-il interagir avec la matière noire et révéler la nature de cette mystérieuse forme de matière ? Qu'est-ce qui génère la masse du boson de Higgs et son auto-interaction ? A-t-il des jumeaux ou des parents ?"

Bien que les scientifiques aient acquis beaucoup d'informations sur la particule dans la 10 dernières annéesil y a beaucoup d'informations qui restent à découvrir. Pendant ce temps, les chercheurs de CERN sont également developpement de plans pour un Ce nouveau collisionneur, baptisé Future Circular Collider (FCC), aurait une circonférence de 100 km, ce qui est considérablement plus grand que les 27 km du LHC. Une fois en service, le FCC sera capable de cracher d'énormes quantités de bosons de Higgs, ce qui permettra aux scientifiques de cartographier la façon dont ces particules interagissent avec d'autres matières.

Les plans actuels prévoient que le FCC sera construit par étapes. Dans un premier temps, le tunnel abritera un dispositif électron-positron qui fera entrer en collision des électrons avec leur homologue antimatière, le positron. Cela permettra aux scientifiques d'étudier des phénomènes spécifiques associés aux quatre particules les plus lourdes, y compris le boson de Higgs, et aidera à identifier exactement comment le modèle standard diffère de la réalité.

Le même instrument sera ensuite réutilisé pour construire un collisionneur proton-proton qui fonctionnera à une énergie de 100 téraélectronvolts (TeV), ce qui pourrait permettre la découverte de nouvelles particules.

Il semble que la recherche ne fait que commencer.

Les études (1, 2, 3) discutant des 10 années de recherche sur le boson de Higgs sont publiés dans le journal Nature.



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