Il y a dix ans, la découverte du boson de Higgs

Le 4 juillet 2012, au CERN, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, était officiellement annoncé la découverte du boson de Higgs. Cette particule élémentaire, la dernière observée en date, était une prédiction théorique faite 48 ans auparavant, notamment par le physicien Peter Higgs. A l’occasion de cet anniversaire, le CERN organise un colloque international, retransmis en direct au Laboratoire Leprince-Ringuet (LLR*).

Le LLR, ainsi que l’Organisation de micro-électronique générale avancée (OMEGA*) font partie des nombreux laboratoires qui ont pris part à cette découverte réalisée grâce au LHC, le plus grand accélérateur de particules au monde situé au CERN, à la frontière franco-suisse. Au sein d’un anneau souterrain de 27 km de circonférence, des paquets contenant des milliards de protons -des noyaux d’hydrogène- sont accélérés et se percutent à un rythme effréné. Ces collisions libèrent de l’énergie, laquelle est convertie en une ribambelle d’autres particules. Ce sont ces particules que les physiciens guettent grâce à de gigantesques détecteurs placés le long de l’anneau, telle l’expérience CMS, dont un des concepteurs a été Michel Della Negra (X1961, aujourd’hui professeur émérite à l’Imperial College de Londres) et dans laquelle le LLR prend une part très active.

« Des » découvertes

C’est en analysant la très grande quantité de données issue de ces collisions que les chercheurs ont finalement détectés le boson de Higgs, complétant ainsi le Modèle Standard de la physique des particules, qui est la théorie qui décrit aujourd’hui le mieux le monde microscopique. Ce modèle standard comprend les particules qui constituent la matière (les fermions), mais aussi les interactions (l’électromagnétisme, les forces nucléaires forte et faible) qui sont dues à des échanges de particules appelées bosons.

« Cela a été une grande émotion, se souvient Yves Sirois, physicien est directeur du LLR. Mais il faut parler des découvertes au pluriel ». D’une part, le boson de Higgs est lié à un moment particulier de l’histoire de l’Univers, une fraction de seconde après le Big Bang : les interactions électromagnétique et nucléaire faible, qui étaient encore une seule et même chose, se séparent. En 2012, ce mécanisme a été confirmée. D’autre part, dans les années qui ont suivi, les scientifiques ont mesuré plus précisément comment le boson de Higgs interagit avec les autres particules de matière, de manière qui concorde avec la masse de celles-ci. En effet, c’est en interagissant avec le boson de Higgs que les particules élémentaires acquièrent leur masse.

Les recherches de nouvelle physique continuent

Néanmoins, si ces découvertes ont confirmé de nombreux aspects de la théorie, l’histoire de la physique des particules reste loin d’être finie.  Par exemple, plusieurs anomalies apparaissant dans des mesures sont incomprises. Ou encore, la théorie actuelle ne prédit pas certains paramètres, comme la masse du boson de Higgs, laissant suggérer qu’il y a quelque chose au-delà. Pour Roberto Salerno, physicien au LLR, « il y pourrait y avoir un lien entre le boson de Higgs et la nouvelle physique. Ce boson pourrait par exemple se désintégrer en matière noire, une composante de l’Univers dont la nature est inconnue ».

Dès le 5 juillet, le LHC va débuter une nouvelle campagne de mesures après des travaux d’amélioration. Il s’agira, entre autres, de mesurer toujours plus précisément le couplage du boson de Higgs aux autres particules de matière ou encore de progresser vers la mesure de son autocouplage, qui est lié à la nature même du vide quantique qui nous entoure. Il s’agit d’un travail de longue haleine, et cette mesure en particulier nécessitera une nouvelle amélioration du LHC, à partir de 2026, sur laquelle planchent déjà le LLR et OMEGA.

Information complémentaire :

Mercredi 6 juillet 2022 à également lieu une conférence scientifique à Paris organisée par l’IN2P3, dédiée au boson de Higgs. Yves Sirois y interviendra à 10h50.

Lieu : Amphi Buffon (rue Hélène Brion, 75013), 9h30-12h30, suivi d’un cocktail déjeunatoire au Bateau-Phare  

Il reste des places et vous pouvez toujours vous inscrire à cet évènement ici

Une diffusion aura également lieu depuis la salle de conférence du LLR

*LLR : une unité mixte de recherche CNRS, École polytechnique - Institut Polytechnique de Paris

*OMEGA : une unité mixte de service CNRS, École polytechnique - Institut Polytechnique de Paris