Le champ de Higgs

La particule de Dieu

champ de higgs

Un atome est composé d’un noyau avec des électrons qui gravitent autour. Le noyau de l’atome est composé de protons et de neutrons. A l’intérieur de ces protons et neutrons, on trouve des quarks et des gluons. Ce sont des particules élémentaires. 

Dans le monde qui nous entoure, il y a les éléments infiniment grands, visibles avec un télescope. Il y a les objets que nous voyons, les objets du quotidien, et ceux que l’on voit au microscope. Quand on descend dans l’infiniment petit, on rencontre un mur, une limite appelée "échelle de Planck". 

Pour effectuer les recherches scientifiques sur le boson de Higgs, il a été nécessaire de faire des expériences au cours desquelles on a reproduit les conditions telles qu’elles étaient à 10-10 s après le big bang.

Pourquoi la particule de Higgs est elle particulière ?

Le boson de Higgs est la seule particule qui a un spin de 0 (ni matière, ni une force) !
De plus, le boson de Higgs a donné leur masse aux autres particules.
Juste après le big bang, il y a eu "un champ de Higgs" qui n’a d’abord eu aucun effet sur les autres particules. Il a emplit tout l’espace. Les particules se déplaçaient alors à la vitesse de la lumière car elles n'avaient pas de masse. 
A 10-10s, il y a eu une brisure de symétrie électrofaible, et certaines particules ont commencé à interagir alors avec le champ de Higgs. A cet instant, on constate qu'elles ont ralenti et pris une masse. En effet, la masse résulte de cette interaction avec le champ de Higgs et n’est pas intrinsèque aux particules ! Donc notre monde ne pourrait exister sans cette particule car la matière ne pourrait pas s’organiser.

boson de higgs

La découverte du boson de Higgs

Peter Higgs ainsi que plusieurs autres scientifiques avaient établi la théorie de l'existence de cette particule dans les années 60. 
Jusqu'en 2012, c'était seulement une théorie. On ne savait pas si cette particule existait et quelle était sa masse et il n'était pas techniquement pas possible de démontrer son existence car pour produire un boson de Higgs, il faut beaucoup d’énergie pour créer beaucoup de collisions de particules.
Grâce à l’accélérateur de particules au CERN, on a pu faire des experiences et passer de la théorie à la constatation scientifique !

La découverte a été faite au LHC à Geneve, qui est à 100 m sous terre. Un tunnel de 27 kms de circonférence lancé en septembre 2008 avec des milliers de chercheurs du monde entier.
Cette machine a marqué un tournant dans la recherche scientifique ! Suite à une panne, c’est en 2010 qu’ont lieu les premières collisions : un moment historique ! 

Dans cet accélérateur de particules, on créé une accélération de 2 faisceaux de protons dans le tunnel contenant des milliers d’aimants refroidis à une température extrêmement basse (-271 degrés, la température la plus basse qui puisse être créé sachant que la température de l’univers est de -270 degrés) qui vont orienter les particules dans l’accélérateur. 

On les lance à la vitesse de la lumière. Il y a alors 600 millions de collisions par seconde provoquées. On a observé qu'il fallait produire 5 milliards de collisions pour obtenir 1 boson de Higgs. Le boson de Higgs est une particule instable qui se désintegre très rapidement.

En 2012, on découvre donc le boson de Higgs et on a pu connaitre la masse du boson de higgs : 125 GeV

Pour cette découverte, Peter Higgs et Francois Englert ont reçu le prix nobel de physique le 10 décembre 2013 pour la découverte théorique d’un mécanisme qui contribue à notre compréhension de l’origine de la masse des particules subatomiques confirmé par la découverte de la particule fondamentale prédit, par les expériences ATLAS et CMS auprès du grand collisionneur du CERN. 

Il aura fallu presque 50 ans entre la théorie et la découverte scientifique !

Les recherches ont ensuite été arrêtées pendant 2 ans pour augmenter la puissance du LHC (2013 à 2015). L'objectif était de doubler sa puissance.

champ de higgs

Une grande découverte mais des mystères non résolus

Aujourd’hui, on sait donc que la particule de Higgs existe et on connait sa masse. 
Cependant des questions restent sans réponses :
-Puisque les autres particules élémentaires ont acquis leur masse grâce au champ de Higgs, pourquoi ont elles des masses différentes ? 
-La masse du boson de Higgs est extraordinaire car elle devrait être plus élevée si l’on suit le modèle standard de la physique actuelle 
On peut s’interroger sur le pourquoi de cette masse. En effet, elle est juste à la limite de la ligne de metastabilité (seuil de l’échelle de Planck). En dessous, le monde changerait et disparaitrait.

On peut donc envisager qu’il se passe quelque chose en plus du modèle standard en physique.
Dans le modèle standard, les particules connues ne rendent compte que de 4% à 5% de l’énergie dans l’Univers. Il y a 25% à 30% de matière noire, dont on ignore la composition. Le reste est appelé énergie noire.  

Après le big bang, il y a eu une inflation de l’Univers. Ensuite l’Univers a continué a évolué. Selon la physique actuelle, les particules devraient ralentir et l’extension de l’Univers en même temps. Or, il se passe le contraire, l’Univers continue son expansion et il n'y a pas d’explication sur ce phénomène …

Vers une nouvelle physique ?

Selon les dernières avancées des recherches, il semblerait que le boson de Higgs se comporte comme on l’avait prévu dans la théorie, selon la physique actuelle. Sauf un point : La théorie classique avance qu’il pourrait se former des couples de bosons de Higgs et donc qu’ils interagissent avec lui-même. Mais aucune paire n’a été détectée, ce qui est donc une anomalie selon le modèle classique ! 

On voit que le modèle standard n’explique pas tout. Peut être une porte est elle aujourd'hui prête à s'ouvrir sur une nouvelle physique ...

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