Science : il y a 5 ans le Cern annonçait la découverte du Boson de Higgs

LHC – Le Grand collisionneur de hadrons, au Cern, à Genève (Suisse) Crédit photo : Ladli/Newest/LHC/CERN

NICE, par Ralph Bechani

Le 4 juillet 2012, le CERN, à Genève (Suisse), annonçait avoir observé pour la première fois le Boson de Higgs lors d’une expérience du Grand collisionneur de hadrons (LHC).

Le « Boson de Higgs », rappelons le, est lié à l’existence d’un champ de forces invisibles qui donnent leurs masses à chaque objet dans l’univers. Les particules qui interagissent le plus avec lui deviennent les plus lourdes, alors que celles qui ne s’y frottent pas restent dépourvues de masse.

Cette théorie date des années soixante. Elle a été pensée par le Britannique Peter Higgs et les Belges Robert Brout et François Englert.

Cinq ans après la découverte majeure de cette particule élémentaire, connue comme le chaînon manquant du Modèle Standard, au moins deux questions se posent.

Quels résultats ont été obtenus et quelles sont les premières conséquences s’agissant de l’unification des forces fondamentales.

Á la mi-juillet, la communauté mondiale de la physique des particules s’est réunit à Venise (Italie). L’occasion de faire le point sur les travaux du LHC, ses découvertes et ses nouvelles performances.

Selon un communiqué, Fabiola Gianotti, directrice générale du CERN, annonce que « le niveau de précision atteint par les expériences est impressionnant, alors même que seul un petit pourcentage de l’ensemble des données prévues au LHC sont actuellement disponibles ».

Et d’ajouter, « qu’il est particulièrement pertinent d’étudier la manière dont le Higgs interagit avec les autres particules, car la physique au-delà du Modèle standard pourrait modifier ces interactions ».

Désintégration

Dans les faits, les collaborations ATLAS et CMS du LHC observent désormais comment le Boson de Higgs se désintègre directement en fermions, la famille des particules fondamentales qui constituent la matière, par exemple en quarks ou en leptons.

A en croire Karl Jakobs, porte-parole de l’expérience ATLAS, « cet indice de la désintégration, en quarks b, représente une étape importante dans l’étude des propriétés du Boson de Higgs ».

Selon lui, il s’agit d’un élément déterminant « pour comprendre sa courte durée de vie et pour chercher des indices indirects d’autres désintégrations plus rares ».

De son côté, le CMS présente une première observation de cette désintégration par une seule expérience. Là aussi, c’est « capitale » pour déterminer les couplages de la particule avec des leptons, puis vers des fermions de troisième génération, d’après Joel Butler, porte-parole de la collaboration CMS.

Plus largement, les scientifiques cherchent désormais à observer des particules dites « supersymétriques », partenaires pour chacune des particules du Modèle standard. Au delà du Boson de Higgs, une telle découverte expliquerait non seulement d’où vient leur masse mais ouvrirait aussi la voie à une théorie sur la Matière noire.

Présente à 24% dans notre univers, c’est l’une des grandes énigmes de ce 21ème siècle. Elle jouerait un rôle prépondérant dans la masse, les interactions et les comportements des étoiles et des galaxies, dans la formation des supernaovae ou encore des trous noirs.

La Matière noire est à ne pas confondre avec l’Energie sombre. Cette dernière est responsable de l’expansion accélérée de l’univers. Une « matière » que l’on retrouve de manière prépondérante. Il s’agirait d’un champ d’énergie « vide ou pure », comme une force contre-gravitationnelle ou répulsive.

Cette théorie sur « l’expansion accélérée » a été récompensée par un prix Nobel de physique attribué à Paul Perlmutter, Brian Schmidt et Adam Riess en octobre 2011.

La règle de trois

Gaëlle Boudoul, scientifique au CNRS, détachée au CERN à Genève, explique comment, elle et ses confrères, cherchent à percer ces mystères.

Selon elle, trois types d’expériences, au moins, sont en cours actuellement à travers le monde. On sait déjà que le CERN use de son accélérateur de particules pour alimenter les chercheurs en données sur des observations extrêmement précises, dont la découverte il y a cinq ans du Boson de Higgs.

En parallèle, les physiciens recherchent inexorablement des particules de Matière noire à l’aide d’instruments installés dans d’anciennes mines, parfois à plus de 2 000 mètres de profondeur. c’était notamment le cas en 2014, en Chine.

En outre, il faut savoir que la Station spatiale internationale, participe elle aussi à la « quête du Graal », via l’expérience AMS, le « Spectromètre Magnétique Alpha », un détecteur de particules arrimé à l’ISS.

A l’origine, l’instrument devait servir uniquement à expliquer la présence universelle et très « aléatoire » de l’antimatière. Le détecteur mesure 64 mètres cubes, pèse 8,5 tonnes et a été assemblé au CERN.

Dans ce contexte, aujourd’hui, rien ne permet d’affirmer que le Modèle standard est 100% viable – tout en tenant compte du « principe d’incertitude d’Heisenberg » – mais les scientifiques savent sa pertinence et gardent une confiance inébranlable, d’autant plus face à leurs découvertes et aux moyens qui sont mis à leur disposition.

Il faudra du temps, beaucoup de temps, selon Gaëlle Boudoul, avec ce que la relativité implique, et donc beaucoup d’argent. Sur ce dernier point, nous espérons prochainement obtenir le témoignage d’un membre du gouvernement français sur les investissements programmés avant la fin du quinquennat du président Emmanuel Macron.