Boson Brout-Englert-Higgs Origine des forces & des masses La théorie de Brout-Englert-Higgs Mais qu'est-ce qu'un boson ? Cohérence avec le Modèe Standard Les références Fermilab et LHC

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La petite histoire  Up Page Origine des forces Le boson de Higgs serait lié au processus qui fait que les particules possèdent une masse ! La matière est constituée de 12 sortes de particules élémentaires: 6 quarks et 6 leptons. Seuls 2 leptons (l'électron et le neutrino) et 2 quarks (appelés d et u) constituent la matière ordinaire; les autres leptons et quarks sont plus lourds et instables. Les quarks u et d composent le proton et le neutron, constituants des noyaux atomiques, et les électrons tournent autour des noyaux pour former les atomes. Les forces (au nombre de quatre: force électromagnétique, force forte, force faible, gravitation) qui sont transmises aux particules, sont appelées les bosons. Origine des masses L'idée d'une origine des masses peut sembler incongrue. La masse paraît aller de soi; elle mesure la quantité de matière _plus il y a de matière, plus la masse est grande. On aurait plutôt tendance à s'interroger sur les particules de masse nulle. Il faut préciser que lorsqu'on parle de masse des particules, c'est de la masse au repos dont il s'agit_ la masse de la particule quand sa vitesse est nulle. Einstein nous a appris, voilà près d'un siècle, que la masse pouvait se convertir en énergie et vice versa (la fameuse formule E=mc²). A notre échelle, ces effets "relativistes" sont négligeables, mais ils jouent à plein chez les particules. Ainsi, contrairement à ce qu'on pourrait croire naïvement, la masse des objets n'est pas égale à la somme au repos des particules qui les composent: il y entre aussi l'énergie de liaison de ces particules entre elles ...

Comprendre simplement  Up Page La théorie de Brout-Englert-Higgs C'est en tentant de trouver une explication à la masse des bosons W et Z (force faible), que Weinberg (théorie électrofaible) songea à utiliser l'idée d'un certain Peter Higgs, physicien à l'université d'Edimbourg. Ce dernier, avec deux autres théoriciens, Brout et Englert, avait imaginé (pour résoudre un autre problème) un mécanisme théorique capable d'attribuer une masse aux particules. Un champ empli l'espace Pour sauver la théorie électrofaible, l'idée empruntée à Higgs consiste à supposer qu'un champ _le champ de Higgs_ empli TOUT l'espace et qu'il donne une masse aux particules qui y sont plongées. Le champ de Higgs n'a pas de direction privilégiée: on dit que c'est un champ scalaire. Le champ de Higgs a une autre particularité: il est nul à haute énergie, mais devient non nul à basse énergie.

Domaines de présence  Up Page Mais qu'est-ce qu'un boson ? Dans la première version du modèle standard, toutes les particules décrites (matière et rayonnement) devaient être de masse nulle. Il est évident que cela posait un problème puisque de nombreuses particules connues ont des masses non nulles mesurées expérimentalement. Les théoriciens ont alors eu l'idée d'ajouter au modèle une nouvelle interaction de nature un peu différente des deux (forte et électrofaible) autres et une nouvelle particule de spin 0: le boson de Higgs. Les interactions entre les fermions élémentaires de masse nulle et le boson de Higgs donnent alors une masse à ces fermions, correspondant donc à la réalité telle qu'elle est observée. Le modèle standard dans sa forme actuelle fait donc une double prédiction: _l'existence d'une nouvelle particule de spin 0, le boson de Higgs, _l'existence d'une cinquième interaction fondamentale dont le médiateur est le boson de Higgs. La recherche expérimentale actuelle en physique des particules est donc orientée particulièrement vers la vérification de cette double prédiction, en particulier avec le futur accélérateur du CERN, le LHC. A noter que son prédécesseur, le LEP, a peut-être déjà observé quelques bosons de Higgs en 2000, mais le nombre de candidats était insuffisant pour être sûr que ce n'était pas une simple fluctuation statistique...

Son interprétation dans l'avenir  Up Page Cohérence avec le Modèe Standard Seule particule et pièce importante du Modèle standard à n'avoir pas encore été observée, a été revue à la hausse d'une dizaine de pour cent. Des physiciens du CERN sont arrivés à cette conclusion en croisant les calculs théoriques les plus récents avec les mesures expérimentales réalisées dans quatre expériences du CERN. Sa masse estimée est à présent de 126 gigaélectronvolts, selon l'unité de mesure en vigueur pour la physique des hautes énergies (équivalent masse et énergie). S'il est impossible de "voir" le champ de Higgs, on peut en revanche détecter une preuve de son existence: le fameux boson de Higgs. "Le boson est une manifestation de l'exitation du champ de Higgs. Comme les rides sur l'eau quand on lance un caillou dans un lac", explique François Richard, physicien au Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire (LAL) d'Orsay. Tandis que le modèle standard n'est pas totalement cohérent avec le boson de Higgs, la supersymétrie est la seule théorie connue à ce jour où le boson de Higgs s'inscrit naturellement.

Les références  Up Page Réseau Pepe BE Belgique n°82 - 30 juillet 2014 - article 76472.htm Automates intelligents Cybersciences Recherche mai 2005 n°386 Science et Vie janvier 2001, n°1000   Pourquoi ce site Je crois que, si les êtres humains que nous sommes ne parviennent pas toujours à évoluer comme ils le souhaiteraient _à s'épanouir professionnellement, sentimentalement et sexuellement (ce que j'appelle les trois pôles d'intérêts) c'est parce qu'il y a des barrages qui entravent leur désir d'accéder à un rêve inachevé. Je pars du principe que tout est possible, à condition de s'entourer de gens qui nous poussent à croire en nous.   Contribuer au Réseau Pepe Ce site est avant tout une encyclopédie ouverte à l'imagination et au savoir, où chacun(e) d'entre vous peut participer. Si vous avez envie de partager une passion, ou si vous sentez le besoin de vous exprimer sur un point précis, je vous invite à m'adresser un e-mail (adresse électronique accessible sur ma page d'accueil).

Mais encore …  Up Page Fermilab et LHC Selon un article du NewScientist en date du 3 mars 2007, des chercheurs du Fermilab pensent avoir identifié des indices non pas du boson Higgs à la recherche duquel tous les spécialistes de la physique des particules s'évertuent depuis quelques années, mais mieux encore, d'une version plus complexe de ce boson, lequel pourrait soutenir l'hypothèse de la supersymétrie. Dans celle-ci, chaque particule est associée à une superparticule plus lourde. La supersymétrie prédit en fait l'existence de 5 Higgs de masses différentes, qui pourraient avoir été observées au Fermilab. Si un Higgs supersymétrique était découvert, alors s'ouvriraient les portes de l'inconnu, sur un univers différent de celui imaginé aujourd'hui. Le tévatron du Fermilab restera pleinement en opération jusqu'à 2009. Mais en 2009 le LHC du Cern devrait entrer en service. Une course est donc engagée, dans les esprits tout au moins pour le moment, entre ceux qui découvriront les premiers, non seulement ce superboson mais d'autres superparticules - à supposer que de telles découvertes aient effectivement lieu. Détecter le bosonde Higgs Dès les années 1960, plusieurs physiciens, dont Peter Higgs, ont prédit l’existence d’une particule extrêmement massive qui pourrait expliquer rien de moins que l’origine de la masse dans l’univers. Qui plus est, le boson de Higgs constitue la dernière pièce manquante au modèle standard de la physique des particules. Or, 40 ans après sa découverte théorique, il manque toujours à l’appel dans les accélérateurs de particules. Selon la spécialiste, il y a deux explications possibles à cette absence notoire. Ou bien la particule requiert trop d’énergie pour les accélérateurs actuels, ou bien les bosons de Higgs ont déjà été produits, mais en quantités si faibles qu’on ne peut les repérer parmi la somme astronomique de photos saisies. Pour en avoir le cœur net, le gouvernement européen construit actuellement un accélérateur sept fois plus puissant que le Tevatron au CERN, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, près de Genève, au coût de 6 milliards de dollars. Son inauguration est prévue pour la fin 2007. Grâce à ces infrastructures et aux nouvelles méthodes statistiques développées par Brigitte Vachon (physicienne des particules à l’Université McGill) et ses collaborateurs, le boson de Higgs pourrait bientôt passer de la théorie à la réalité. En 1964, Robert Brout, François Englert et Peter Higgs ont proposé un mécanisme pour expliquer comment les bosons de jauge W et Z, les particules élémentaires qui transmettent la force faible, acquièrent une masse. Ce mécanisme permet également de comprendre comment les fermions, les particules qui constituent la matière, peuvent être massifs. Leur mécanisme a été validé en juillet 2012 lorsque les expériences CMS et ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) ont annoncé la découverte d'une nouvelle particule compatible avec le boson BEH. Peu après, François Englert et Peter Higgs ont reçu le Prix Nobel de Physique 2013. Désintégration en particules de matière Des chercheurs de l'expérience CMS au CERN ont pour la première fois démontré le 22 Juin 2014 que le boson de Brout-Englert-Higgs (découvert au CERN en 2012) se désintègre directement en des particules de matière, aussi appelées fermions. Des chercheurs de l'Université libre de Bruxelles (ULB), en collaboration avec leurs collègues de l'Université catholique de Louvain (UCL), l'Université de Mons (UMons), l'Université d'Anvers (UAntwerpen), l'Université de Gand (UGent) et la Vrije Universiteit Brussel (VUB), ont activement participé à cette avancée importante. L'évidence de la désintégration directe du boson BEH en fermions est une étape cruciale pour la vérification du Modèle Standard. Cependant, malgré son succès, le Modèle Standard ne peut répondre à une série de questions importantes en physique (existence d'autres bosons scalaires, asymétrie entre la matière et l'antimatière, nature de la matière noire, les masses très différentes des particules élémentaires, ...). Le LHC, actuellement à l'arrêt, reprendra ses activités en avril 2015 à plus haute énergie et collectera de nouvelles données pour établir la nature exacte du boson BEH et mesurer ses paramètres avec une meilleure précision. Des déviations dans ses propriétés par rapport aux prédictions du Modèle Standard seraient un indicateur clair d'une nouvelle physique au-delà du Modèle Standard. La nouvelle prise de donnée du LHC (2015-17) à haute énergie permettra aussi aux physiciens de rechercher des nouveaux types d'interaction ou de matière, comme par exemple les particules susceptibles de composer la matière noire de l'univers.