Boson Higgs, êtes-vous là?

2008/04/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Dire qu'en ce moment nous allons détecter le boson Higgs c'est prédire l'avenir et c'est dangereux. Personne ne sait ce que la physique donnera à l'avenir. Ni la physique ni tout autre domaine humain. Pour beaucoup de physiciens, le cas du boson Higgs est une prédiction à court terme ; il semble que faire des prédictions à court terme n'est pas aussi difficile que le faire à long terme. Cependant, il est difficile.

Mais le boson Higgs va du mot à la bouche parmi les physiciens. L'accélérateur LHC génère (ou peut générer) l'énergie nécessaire pour détecter le boson, ce qui représente un grand espoir. Le boson Higgs devrait apparaître et l'origine de la masse devrait être expliquée.

Modèle standard

La question est pourquoi les physiciens croient que le boson Higgs existe s'ils ne l'ont jamais vu. Il est vrai que vous ne l'avez jamais vu, mais il est également vrai que vous n'avez pas à voir une particule pour réaliser son existence. C'est comme le vent : le vent ne se voit pas, mais quand on voit les branches des arbres en mouvement, on sait qu'il y a du vent. Et ses caractéristiques (vitesse, direction, etc.) Ils peuvent être mesurés.

Dans le cas du boson Higgs, rien n'est aussi simple que les branches des arbres. C'est une particule annoncée par une erreur d'une grande théorie. Cette grande théorie est un modèle standard qui commande la physique des particules. Il est similaire au tableau périodique des éléments chimiques, mais il est celui des particules subatomiques. Il commande les particules dans trois familles, les dotant de sens physique.

Ce n'est pas une théorie parfaite, car elle ne comprend que trois des quatre forces fondamentales qui existent dans l'univers: le modèle explique la force électromagnétique, nucléaire violente et nucléaire faible, mais la force de gravité n'entre pas dans cette théorie. Cependant, le modèle standard est une très bonne théorie du point de vue de la physique des petites particules. En plus de présenter des particules existantes, il permet de prédire les interactions entre les particules. Concrètement, les résultats des expériences effectuées sur les accélérateurs sont conçus sur la base du modèle standard.

Cependant, le modèle standard a un gros problème : il ne prédit pas la masse des particules. Et les physiciens savent que beaucoup de particules ont la masse, bien sûr. Les électrons, les protons et les neutrons, par exemple, ont une masse; tous les quarks l'ont aussi, car ils forment des protons et des neutrons. Beaucoup d'autres pas, comme le photon. Cependant, selon le modèle standard classique, toutes les particules sont sans masse et se déplacent à la vitesse de la lumière.

Théorie de Higgs

Sans pouvoir expliquer la masse, les physiciens en situation critique XX. Au milieu du XXe siècle. La théorie était très bonne pour comprendre les particules trouvées, mais elle n'expliquait pas la masse des particules. Il était indispensable de considérer cette erreur et de la corriger.

Mais comment ? Les physiciens ont développé de nouvelles théories pour résoudre le modèle. Vers 1964, l’une de ces théories s’imposa à d’autres: La théorie de Higgs. Nous l'avons rappelé sous le nom de Peter Higgs écossais, mais il faut souligner que beaucoup de gens ont participé au développement de la théorie, c'est à dire, ce n'était pas un hasard. Trois groupes ont travaillé la même idée sur leurs voies respectives: d'une part, l'Américain Robert Brout et le Belge François Englert; d'autre part, les Américains Gerald Guralnik et Carl Richard Hagen et l'anglais Tom Kibble; et enfin, le Higgs lui-même, basé sur le travail du Japonais Yoichiro Nambu.

Cette théorie suppose que toutes les particules sont incluses dans une zone, celle de Higgs. Cette zone supposée a un caractère spécial, car certaines particules se déplacent dans la zone sans obstacles et d'autres pas, parce qu'ils ont une interaction avec la zone.

Ce serait comme si les gens passaient par un maïs. Les plantes de maïs sont plantées en lignes, donc si elles se déplacent dans différentes directions, le marcheur n'a pas d'obstacles à avancer. Mais si vous changez un peu l'angle du parcours, c'est-à-dire si vous vous déplacez d'une certaine manière, vous choisirez continuellement avec les plantes de maïs. La zone de Higgs pour les particules serait la même que pour les marcheurs: certaines particules se déplacent sans obstacles et d'autres se heurtent à la zone.

L'exemple peut servir à comprendre le concept de zone, mais il faut souligner que le champ de Higgs n'est pas quelque chose qui influence spatialement. Au contraire, il sert à expliquer l'interaction entre les particules et la zone. Les particules qui n'interagissent pas se déplacent à la vitesse de la lumière et n'ont pas de masse, et celles qui se heurtent se déplacent plus lentement et ont la masse. Par exemple, le photon se déplace sans obstacles dans la zone de Higgs, se déplace sans obstacles dans la zone de Higgs et l'électron ne.

Une zone, une particule

Si la théorie de Higgs est correcte, pourquoi devriez-vous chercher une particule et non un champ? La question est que, en physique, ils sont la même chose. D'une certaine façon, chaque type de champ est transmis par différentes particules. Le photon transmet le champ électromagnétique, qui est l'exemple le plus clair. Et les autres forces sont transmises à travers les particules. Les bosons Z et W transmettent une force nucléaire faible et un ensemble de quarks transmettent une force nucléaire violente. À son tour, la zone de Higgs est transmise par une particule. Selon la théorie, cette particule est un boson, donc à détecter est appelé boson Higgs.

En fin de compte, s'ils trouvent le boson, ils découvriront le champ et le mécanisme théorique qui donne la masse aux particules sera confirmé.

La théorie a également annoncé les caractéristiques de ce boson. Si elle existe, elle nécessite une particule lourde. Cela signifie que l'impact qu'ils doivent provoquer pour détecter cette particule est très énergétique. Il y a donc deux accélérateurs dans le monde pour pouvoir faire une telle expérience: Tevatron et le prestigieux LHC qui est maintenant lancé.

Le premier, Tevatron, appartient à l'organisation Fermilab, un gigantesque centre de recherche de physique des particules aux États-Unis. La seconde, la LHC, appartient au laboratoire CERN, organisation européenne avec le même objectif. En partie, la détection du boson Higgs est devenue un concours entre l'Europe et les États-Unis. Ce n'est pas tout à fait vrai, car de nombreux scientifiques américains de Fermilabe participent à la préparation du nouveau LHC et y réaliseront des expériences. Mais d'autre part, trouver le boson Higgs à la maison peut avoir beaucoup d'importance et, de ce point de vue, c'est une grande compétition. Le plus grand espoir réside dans le LHC, car durant ces sept années où l'Europe a été sans accélérateurs géants, il n'a pas été découvert à Tevatron.

Et s'il n'existe pas ?

En fin de compte, l'Europe pourrait détecter le boson Higgs. Ou les États-Unis. Ou les Américains avec l'accélérateur européen ou, qui sait, avec l'accélérateur américain. La compétition est ouverte. Mais bien sûr, il y a une autre option : que personne ne trouve le boson Higgs. Alors, quoi ?

Il est facile de savoir quand une particule existante a été détectée, mais il est très difficile de décider que cette particule n'existe pas parce qu'elle n'a pas été détectée. S'ils ne le détectent pas, on pourrait penser que l'amélioration de l'expérience apparaîtra. Par conséquent, il n'y a pas de fin (plutôt, la fin serait de fermer la source de revenus).

Certains disent que le boson Higgs est déjà apparu dans plusieurs expériences, mais les scientifiques n'ont pas réalisé, parce qu'ils ne l'attendaient pas. Cependant, si cela est vrai, une expérience sera facilement conçue pour attraper le boson Higgs.

Et les physiciens peuvent devoir attendre une autre théorie. Au moins une chose est claire: la masse existe et avant ou après ils devront expliquer pourquoi.