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vendredi 13 janvier 2017

A la poursuite des petits frères du boson de Higgs

La détection de quatre bosons de Higgs supplémentaires est attendue dans les mois à venir. « Le Monde », qui propose sa série de livres « Voyage dans le cosmos » pour percer les secrets de l’Univers, consacre un ouvrage à cette « particule de Dieu ». En kiosques le 11 janvier.

LE MONDE SCIENCE ET TECHNO | 09.01.2017

« Il existe peut-être quatre autres bosons de Higgs. Et le LHC (Large Hadron Collider) du CERN, dans sa configuration actuelle très performante, est en mesure de les détecter », confie Yves Sirois, directeur de recherches au CNRS, responsable France de l’expérience CMS du LHC et co-auteur de la découverte du boson de Higgs en juillet 2012.

Aussi connu sous le nom de boson BEH, d’après les initiales des trois physiciens qui ont théorisé son existence dans les années 1960 (les Belges Robert Brout et François Englert et le Britannique Peter Higgs), le boson de Higgs, c’est cette particule associée au champ de Higgs, qui, un millième de milliardième de seconde après le Big Bang, a conféré leur masse à toutes les autres particules. Sa mise en évidence, par les détecteurs CMS et Atlas du LHC a valu à Peter Higgs et François Englert le prix Nobel de physique en 2013 (Robert Brout étant décédé en 2011).

« C’est une découverte fondamentale, insiste Yves Sirois. Absolument toute la matière qui nous entoure a été créée à cet instant précis, quand le champ de Higgs (qui est au boson de Higgs ce que le champ électromagnétique est au photon) est entré en action. C’est d’une portée philosophique très profonde : cela signifie que toutes les lois de la physique ont été écrites extrêmement tôt dans l’histoire de l’Univers. » Le chercheur français ajoute que « le boson de Higgs est un outil mathématique très puissant pour les physiciens. Il nous permet de poursuivre nos investigations encore plus loin dans l’infiniment petit, pour remonter aux sources de l’Univers. Sans lui et sans son action sur les particules, nous faisions face à un mur (à environ un millième de la taille du proton), au-delà duquel nos équations devenaient insensées. »

La supersymétrie

Aller au-delà du mur, cela signifie notamment chercher les petits frères du boson. Au sein du modèle standard – cet ensemble de théories qui permet de décrire les 36 particules connues, responsables des trois forces fondamentales de l’infiniment petit (force nucléaire forte, force nucléaire faible, force électromagnétique) –, un seul boson BEH est suffisant pour conférer une masse à toutes les particules. Mais ce n’est pas le cas pour la supersymétrie, une alternative au modèle standard, non encore confirmée, et qui résoudrait bien des casse-tête posés par la théorie classique.

Elle stipule que, pour chaque particule de l’Univers, il existe une particule partenaire qui agit au moyen de la même force mais avec une masse différente. La supersymétrie permet d’unifier les trois forces qui animent les particules élémentaires au sein d’une seule et même force, l’interaction électronucléaire. Par ailleurs, elle prédit l’existence du neutralino, qui possède toutes les caractéristiques requises pour être la particule à l’origine de la mystérieuse matière noire.


Elégante à souhait, la supersymétrie nécessite l’existence non pas d’un boson de Higgs, mais de… cinq. Et les paramètres de ces quatre bosons supplémentaires, théorisés par Pierre Fayet, du laboratoire de physique théorique de l’Ecole normale supérieure, sont très bien connus. « Nous sommes en train de les chercher avec le LHC et nous avons bon espoir de les trouver, assure Yves Sirois. Le boson de Higgs a été détecté avec la machine dans sa version de 2008. Depuis, nous sommes montés en puissance avec plus de collisions, et à plus haute énergie, ce qui nous permet d’atteindre des territoires encore inexplorés. » Une moisson de résultats est prévue pour l’été 2017.

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