Le boson de Higgs

Le boson de Higgs
Le Modèle standard arrive à décrire toutes les particules élémentaires connues et la façon dont elles
interagissent les unes avec les autres. Mais notre compréhension de la nature est incomplète. En
particulier, le Modèle standard ne répond pas à une question simple : Pourquoi la plupart des particules
élémentaires ont-elles une masse ?
Sans la masse, lʼUnivers serait bien différent. Par exemple, si lʼélectron nʼavait pas de masse, il nʼy aurait
pas dʼatomes. Il nʼy aurait donc pas de matière telle que nous la connaissons, pas de chimie, pas de
biologie, et naturellement pas dʼêtres humains. Autre exemple, si le Soleil brille, cʼest grâce à une
interaction subtile entre les forces fondamentales de la nature, qui serait complètement bouleversée si
certaines des particules porteuses de force nʼavaient pas une masse importante.
À première vue, le concept de masse semble ne pas avoir sa place dans le Modèle standard de la
physique des particules. Deux des forces décrites par le modèle – lʼélectromagnétisme et la force
nucléaire faible – peuvent être décrites par une seule théorie, celle de la force électrofaible. Les
physiciens ont mis cette théorie électrofaible à lʼépreuve par de nombreuses expériences, qui lʼont
toujours confirmée. Toutefois, les équations de base de la théorie semblent nʼêtre valables que si toutes
les particules élémentaires sont dépourvues de masse.
Les physiciens avaient donc besoin dʼune porte de sortie. Plusieurs dʼentre eux, dont Peter Higgs, ont
découvert un mécanisme qui, associé aux équations du modèle, permettrait aux particules d'avoir une
masse. C'est ce qu'on appelle à présent le mécanisme de Higgs. Intégrer ce mécanisme dans le Modèle
standard a permis aux physiciens de réaliser des prédictions concernant plusieurs quantités, notamment
la masse de la plus lourde des particules connues, le quark top. Les expérimentateurs ont découvert cette
particule exactement là où les équations intégrant le mécanisme de Higgs prédisaient quʼelle devait se
trouver.
Dʼaprès la théorie, le mécanisme de Higgs repose sur un champ présent partout dans lʼespace. Les
particules acquièrent la masse en interagissant avec ce champ. Peter Higgs a mis en évidence que le
mécanisme suppose l'existence d'une particule qui nʼa jamais été observée, que nous appelons
maintenant le boson de Higgs. Le boson de Higgs est lʼélément fondamental du champ de Higgs, de
même que le photon est lʼélément fondamental de la lumière.
Le boson de Higgs est la seule particule prédite par le Modèle standard qui nʼa pas encore été détectée
par les expériences. Le mécanisme de Higgs ne prédit pas la masse du boson de Higgs, mais envisage
plutôt une gamme de masses. Heureusement, le boson de Higgs, sʼil est détecté, laissera une empreinte
unique en fonction de sa masse. Les physiciens sauront donc calculer sa masse dʼaprès les particules
qui apparaîtront dans le détecteur.
Il se pourrait que le boson de Higgs quʼobservent les expérimentateurs soit différent de la version la plus
simple prédite par le Modèle standard. Plusieurs des théories décrivant la physique au-delà du Modèle
standard, notamment la supersymétrie et les modèles composites, prévoient lʼexistence de tout un zoo de
nouvelles particules, y compris différents types de bosons de Higgs. Si lʼun de ces scénarios est
conforme à la réalité, la découverte du boson de Higgs pourrait ouvrir la voie à la découverte d'une
nouvelle physique, avec par exemple les superparticules ou la matière noire. Dʼun autre côté, si lʼon ne
trouvait aucun boson de Higgs au LHC, cela appuierait une autre classe de théories, qui expliquent le
mécanisme de Higgs de façon différente.