Découverte de la «particule de Dieu»: la fête ne fait que commencer

La représentation graphique d'une collision photon-photon réalisée au... (AFP)

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La représentation graphique d'une collision photon-photon réalisée au Centre européen de recherche nucléaire et qui aurait vraissemblablament permis pour la première fois de faire apparaitre le fameux boson de Higgs.

AFP

Jean-François Cliche
Le Soleil

(Québec) «Grand jour pour la science.» «Accomplissement remarquable.» «Résultat fantastique.» Les félicitations provenaient des quatre coins de la planète, mercredi, en réaction à l'annonce de la découverte d'une nouvelle particule qui a toutes les allures du célèbre boson de Higgs, la «particule de Dieu». Mais pour les physiciens, le party ne fait probablement que commencer...

Mercredi matin, le Centre européen de recherche nucléaire (CERN) a confirmé la rumeur qui courait depuis la fin de semaine: une particule encore jamais observée a été découverte. Et tout indique pour l'instant, bien que des vérifications restent à faire, qu'il s'agit en effet du boson de Higgs, la dernière particule prédite par le modèle standard et dont l'existence n'avait pas encore été vérifiée empiriquement.

Ce «modèle standard» est, essentiellement, notre meilleur (ou moins pire) modèle pour décrire le comportement de la matière, mais on sait depuis longtemps qu'il est loin d'être parfait. L'un de ses défauts, et c'en était tout un, est qu'il n'attribuait aucune masse aux particules. C'est pour corriger ce «léger détail» que le champ de Higgs, dont le fameux boson est une conséquence (voir plus loin pour plus de détails), fut proposé dans les années 60 par un groupe de physiciens, dont le Britannique Peter Higgs qui lui a donné son nom.

Un demi-siècle de recherche

La particule annoncée mercredi, si elle est bien ce que l'on croit, aura ainsi mis près d'un demi-siècle avant d'être découverte. D'où l'enthousiasme généralisé que la communauté scientifique a montré tout au long de la journée - même si elle l'a fait avec sa retenue habituelle.

«Ce boson-ci a l'air et la chanson du Higgs, mais cela reste très important de vérifier son comportement à plusieurs décimales près, parce que la moindre déviation peut ouvrir une porte sur quelque chose de plus profond, de plus fondamental», a expliqué au Soleil Pauline Gagnon, physicienne de l'Université de l'Indiana (originaire de Chicoutimi) qui travaille au CERN depuis 17 ans. D'autres modèles que le «standard» ménagent en effet une place pour un boson de Higgs, mais en lui conférant des caractéristiques différentes.

Ces vérifications devraient se faire, du moins en partie, grâce aux données que le Large Hadron Collider (LHC), l'accélérateur de particules du CERN, continuera de produire d'ici la fin de l'année.

Mais même si ce travail ne faisait «que» donner raison au modèle standard, les physiciens des particules n'ont sans doute pas fini de s'enthousiasmer. En effet, le LHC n'a pas encore été testé à sa puissance maximale, si bien que des collisions de particules à des énergies inégalées sont encore à venir.

«Le modèle standard, dit Mme Gagnon, c'est un peu comme les quatre opérations de base en mathématiques (+, -, ÷, x). Aux énergies auxquelles on travaille aujourd'hui, on s'attend à ce que nos équations du modèle standard risquent de péter au frette, elles vont devenir incohérentes. On commence à entrer dans ce régime d'énergie là et on s'attend à pouvoir voir d'autres phénomènes que les quatre opérations de base, quelque chose comme de la géométrie ou de l'algèbre, si l'on veut.»

Titulaire de la Chaire de recherche du Canada en physique des particules, à l'Université McGill, Brigitte Vachon travaille elle aussi sur les données du LHC. Si elle se montre plus timorée que sa collègue du CERN, elle n'exclut pas non plus la possibilité de découvrir des «surprises».

«Le modèle standard, dit-elle, nous permet de prédire ce que l'on devrait observer à des très hautes énergies, que l'on devrait atteindre d'ici deux ou trois ans. Alors je ne peux pas vous promettre qu'on va trouver quelque chose de nouveau, mais on va étudier un régime d'énergie qui n'a jamais été étudié en laboratoire».

>> Qu'est-ce qu'un boson?

Un boson, c'est une «particule d'interaction», comme le disent les physiciens, c'est-à-dire qu'elle sert à porter une force. Par exemple, le photon - la «particule» de lumière, si l'on veut - est un boson qui porte la force électromagnétique.

>> Qu'est-ce que le boson de Higgs a à voir avec la masse?

On entend souvent dire que le boson de Higgs est à l'origine de la masse, mais ce n'est pas tout à fait vrai. C'est plutôt le «champ» de Higgs qui l'est. Pour se faire une idée de ce dont il s'agit, partons d'un autre champ mieux connu: le champ magnétique. Tout le monde en a déjà vu les effets, par exemple, en essayant de coller ensemble deux pôles d'aimant de même signe (qui se repoussent). Mais surtout, tout le monde a déjà vu que ce ne sont pas tous les matériaux qui interagissent avec un champ magnétique. Certains sont électriquement neutres, d'autres ne sont pas aimantés. C'est un peu la même chose avec le champ de Higgs: ce ne sont pas toutes les particules qui en sont affectées, et d'après le modèle standard, seules celles qui interagissent avec lui ont une masse. Les autres, comme le photon, n'ont aucune masse. Le boson de Higgs, lui, serait produit lorsque l'on «dérange» le champ de Higgs, un peu comme une vague est produite quand on «dérange» la surface de l'eau. Mais c'est beaucoup, beaucoup plus facile à dire qu'à faire...

>> Comment s'y est-on pris?

Le champ de Higgs est en effet très stable, très difficile à «déranger». Pour y parvenir, les physiciens du CERN font accélérer des faisceaux de protons (des noyaux d'hydrogène, si l'on préfère) jusqu'à 99,9 999 991 % de la vitesse de la lumière, soit près de 300000 km par seconde, et les font entrer en collision. Les énergies impliquées sont si grandes que les heurts engendrent non seulement des «fragments», mais aussi toute une ménagerie de particules qui ne peuvent pas exister à des énergies moindres - particules qui se désintègrent rapidement par la suite et ajoutent ainsi d'autres fragments. D'énormes détecteurs permettent de déceler tous ces «événements» (600 millions par seconde!) et de mesurer l'énergie associée à chacun. C'est après avoir généré de monstrueuses quantités d'«événements» (et donc, de données) que les physiciens du CERN ont pu déceler un petit «surplus» survenant à des énergies d'environ 125 gigaélectronvolts; c'est ce qui a trahi la présence du fameux boson.

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