Depuis mercredi, le boson de Higgs est cerné

Le professeur François Englert (à gauche) et le professeur Peter Higgs. Photo AFP.

Jamais une découverte scientifique n’aura été aussi attendue dans le monde de la physique des particules. Y compris en Belgique où des dizaines de chercheurs émanant de six universités du pays sont directement impliqués dans cette nouvelle aventure scientifique de portée universelle. Une aventure qui commence… quasiment avec la naissance de l’Univers.

L’annonce, mercredi, de la mise en évidence d’une nouvelle particule élémentaire soulève en effet un enthousiasme formidable dans la communauté scientifique.

« Nous avons franchi une nouvelle étape dans notre compréhension de la nature, a déclaré le directeur général du Cern (Organisation européenne pour la recherche nucléaire), Rolf Heuer. La découverte d’une particule dont les caractéristiques sont compatibles avec celles du boson de Brout, Englert et Higgs ouvre la voie à des études plus poussées. Elle devrait lever le voile sur d’autres mystères de notre Univers. »

Au terme du séminaire scientifique exceptionnel organisé ce mercredi à Genève pour cette annonce, le ton est donné. Les physiciens viennent de franchir une nouvelle étape dans les connaissances de l’Univers.

La nouvelle particule a été observée dans deux des quatre grands détecteurs disposés sur le LHC, le Grand collisionneur de hadrons du Cern. Le LHC est la plus puissante machine au monde à pouvoir sonder la matière. Dans ses deux anneaux souterrains de 27 km de diamètre, des paquets de protons accélérés quasi à la vitesse de la lumière sont projetés les uns contre les autres, créant des collisions simulant les premiers instants de l’Univers, juste après le Big Bang. En étudiant les particules qui jaillissent de ces collisions, les chercheurs tentent d’en apprendre davantage sur l’origine de la matière et ses règles de fonctionnement.

Depuis deux ans, mais surtout depuis cette année, les données issues des expériences Atlas et CMS (Solénoïde compact à muons) disposées sur le LHC se répondent de manière cohérente.

« Elles montrent, avec un risque d’erreur de 5 sigmas (soit une erreur potentielle sur trois millions), qu’une particule qui ressemble à celle proposée en 1964 par les physiciens Robert Brout (ULB), François Englert (ULB) et Peter Higgs (Université d’Edimbourg) existe bien à un niveau d’énergie de 125 GeV », indique le Pr Barbara Clerbaux, de l’Institut interuniversitaire des hautes énergies (IIHE), commun à l’ULB et la VUB.

Avec ses collègues de l’UCL, de l’UMons, ainsi que des universités de Gand et d’Anvers, elle fait partie des 75 physiciens belges impliqués dans l’expérience CMS depuis plus de 20 ans.

Ces chercheurs ont participé à la construction du détecteur dans lequel on piste la signature des particules émises lors de la collision de protons. Ils en exploitent aussi les données.

« Nous observons 40 millions de collisions à la seconde, indique le Pr D’Hondt de la VUB. Il faut savoir que les collisions et les gerbes de particules se produisent simultanément par dizaines. Cela nous donne une myriade de signaux qu’il faut d’abord nettoyer, isoler, puis analyser. Les données enregistrées par chacune des grandes expériences du LHC pourraient remplir environ 100.000 DVD double couche chaque année ! »

Et c’est là que le travail complémentaire des milliers de chercheurs impliqués dans ces expériences dans le monde entre en scène. Par un ingénieux système de distribution de données entre plusieurs fermes de serveurs informatiques répartis aux quatre coins de la planète, les milliards d’événements observés à Genève sont analysés rapidement.

« Nous avons analysé trois milliards de collisions, indique le Pr Jorgen D’Hondt. C’est ce qui a permis de cerner le fameux boson qui est assez difficile à pister. Au final, nous avons identifié quelques centaines de candidats bosons… »

« Ils sont difficiles à identifier pour de multiples raisons, précise le Pr Daubie (UMons). Tout d’abord parce qu’on ne connaissait pas sa masse mais aussi parce que sa durée de vie est très brève, une infime partie de seconde à peine avant qu’il ne se désintègre en d’autres éléments. Mais avec les résultats que nous avons pu découvrir aujourd’hui, nous savons que nos tenons le bon bout. »

Il ne reste plus qu’à préciser le pedigree exact de la nouvelle particule. Le LHC va fonctionner trois mois de plus cette année pour lever tout doute à ce sujet.

 

LA POLEMIQUE

Le boson de Brout, Englert ou Higgs ?

Partout on parle du boson de Higgs, or, en 1964, ce sont bien les deux physiciens belges de l’Université Libre de Bruxelles, François Englert et Robert Brout, qui postulèrent les premiers l’existence du fameux boson, comme en atteste cette chronologie.

26 juin 1964, l’article d’Englert et Brout est réceptionné par la revue Physical Review Letters 13.

27 juillet 1964, réception de l’article de Peter Higgs par la revue Physical Letters 12

31 août 1964, publication de l’article d’Englert et Brout dans Phys.Rev Letters 13.

31 août 1964, réception du second article de Peter Higgs par la revue Physical Review Letters 13.

15 septembre 1964, publication du premier article de Peter Higgs.

19 octobre 1964, publication du second article de Peter Higgs, dans Phys. Rev. Letters 13.

L’article d’Englert et Brout et les deux articles de Higgs furent donc publiés en 1964,

indépendamment et presque simultanément. Ils établissaient le mécanisme dit de « brisure de symétrie » en théorie quantique des champs. Ce mécanisme implique l’existence d’une particule auxiliaire, un boson scalaire.

DU BRULLE,CHRISTIAN
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