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Boson de Higgs

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Non, le boson de Higgs n'explique pas la masse du Soleil ! Peter Higgs devant les équations décrivant sa théorie de la brisure de symétrie donnant une masse à des bosons de jauge. © Peter Tuffy-The University of Edinburgh Non, le boson de Higgs n'explique pas la masse du Soleil !

Non, le boson de Higgs n'explique pas la masse du Soleil !

- 2 Photos Parcourez notre dossier complet sur le boson de Higgs Il n’est pas facile d’expliquer vraiment ce qu’est le boson de Higgs et pourquoi il est si important pour les physiciens des particules élémentaires et même potentiellement pour les cosmologistes. Plusieurs images et analogies ont été proposées. Fête de la science : le boson de Higgs, une clé entre deux infinis. Peter Higgs est l'un des physiciens à l'origine du mécanisme de Brout-Englert-Higgs expliquant la masse des particules élémentaires.

Fête de la science : le boson de Higgs, une clé entre deux infinis

Mais il a été le premier à parler explicitement d'une particule associée à ce mécanisme, c'est pourquoi on parle du boson de Higgs. © Peter Tuffy, Université d’Édimbourg Fête de la science : le boson de Higgs, une clé entre deux infinis - 1 Photo Au cours du XXe siècle, les physiciens ont effectué une spectaculaire descente dans l’infiniment petit, à la recherche des constituants ultimes de la matière. En vidéo : la grande aventure du boson de Higgs.

Kibble, Guralnik, Hagen, Englert et Brout, les codécouvreurs du mécanisme de Brout-Englert-Higgs, lors de la remise du Prix Sakurai 2010. © Self/Wikipédia.

En vidéo : la grande aventure du boson de Higgs

Le boson de Higgs et la masse des particules. 1: Le boson de Higgs : une clé fondamentale de l'univers ? Le boson de Higgs est une particule prédite par le fameux « modèle standard » de la physique des particules élémentaires.

1: Le boson de Higgs : une clé fondamentale de l'univers ?

Elle constitue en quelque sorte le chaînon manquant et la pierre d'achoppement de ce modèle. En effet, cette particule est supposée expliquer l'origine de la masse de toutes les particules de l'univers (y compris elle-même !) , mais en dépit de ce rôle fondamental, elle reste encore à découvrir puisqu'aucune expérience ne l'a pour l'instant observée de façon indiscutable. Il peut être utile, avant de continuer, de prendre connaissance de l'excellent dossier de David Calvet Voyage au cœur de la Matière. Que ce soit pour rafraîchir sa mémoire ou simplement comme introduction à ce dossier.

2: La théorie des électrons. D'une certaine façon l'origine du boson de Higgs remonte au début du XX e siècle, lorsque des théoriciens comme Lorentz et Poincaré cherchaient à mieux comprendre la structure de la matière et surtout celle de l' électron . Leur idée, en conformité avec certains résultats sur l' émission de la lumière par les électrons, était de représenter ceux-ci par une petite sphère ou une petite boule uniformément chargée. La force d'auto-interaction de celle-ci pouvait servir à expliquer différentes choses comme la masse de l'électron, ou encore le rayonnement émis lors d'une accélération. L' inertie , la masse d'une particule chargée, était alors simplement une conséquence des lois de l' électromagnétisme de Maxwell-Lorentz.

Un tel résultat était renforcé par la découverte de la relativité par Einstein et la dérivation de la fameuse formule E=mc² . En effet on peut associer une énergie potentielle électrostatique à une telle boule et donc une masse. Anton H. Précisons un peu cela. 3: La théorie des forces nucléaires. Entre temps la théorie des forces nucléaires s'était développée, ainsi que celle portant sur la structure du noyau.

3: La théorie des forces nucléaires

Quatre noms sont particulièrement importants, ceux de Heisenberg, Yukawa, Bohr et surtout Fermi. Heisenberg avait montré que la mécanique quantique permettait de considérer le proton et le neutron comme deux états d'une même particule, baptisée nucléon, avec une quantité conservée analogue à la charge électrique et au spin d'un électron. Cette quantité fut donc appelée isospin pour cette raison. Yukawa imagina que, de même qu'un photon était émis par des particules chargées, une particule liée à cette « charge » nucléaire que représentait l'isospin devait elle aussi être émise et devait être responsable des forces nucléaires liant protons et neutrons dans le noyau.

Hideki Yukawa et son équation pour les forces nucléaires en 1949. © Yukawa Institute for Theoretical Physics. 4: L'après-guerre : théorie de Yang-Mills et physique des particules élémentaires. Le début des années 1950 fut marqué par la découverte d'un grand nombre de particules élémentaires , suite à la mise en place de puissants accélérateurs de particules.

4: L'après-guerre : théorie de Yang-Mills et physique des particules élémentaires

On découvrit différents types de mésons ainsi qu'un cousin de l' électron , le muon . L'étude des noyaux se poursuivit et la connexion avec les problèmes à N corps en physique du solide se fit de plus en plus nette. 5: Le modèle standard : la théorie électrofaible. Les idées que Yang et Mills avaient proposées en 1954 allaient se révéler cruciales dans le développement du fameux modèle standard comportant l' électromagnétisme et les lois des forces nucléaires fortes et faibles. Le « principe de jauge » revêt toute son importance en 1961, sous l'impulsion des travaux de Salam et Ward, qui proposent alors une méthode générale pour construire une théorie de champs en interaction les uns avec les autres. Selon ce principe, la symétrie de jauge n'est pas seulement une symétrie globale, elle doit être élevée au rang de symétrie locale.

Déjà en électrodynamique classique, un potentiel de jauge est introduit, à partir duquel peuvent se déduire les champs électrique et magnétique. Le prix Nobel Chen Ning Yang et Robert Mills. © AIP Partons d'une théorie ne contenant que des particules matérielles. En réalité, cette symétrie de jauge est très contraignante. A - Le mécanisme de Higgs, Brout, Englert Une image amusante a été proposée par Salam. Où Ainsi lorsque. 6: Les théories de grande unification : SU(5) et la supersymétrie. Naturellement les succès de ce qu'on va maintenant appeler le modèle standard vont rapidement convaincre les théoriciens d'aller plus loin, et ce dès le milieu des années 1970, après la découverte des courants neutres et du quark charmé .

La première idée est bien sûr d'avoir une théorie complètement unifiée des interactions électromagnétiques et nucléaires. On peut y arriver, en principe du moins, en étendant le groupe de symétrie des équations de champs (cf. d5). La première tentative fut celle de Howard Georgi, elle fut malheureusement trop belle pour être vraie.

Il proposa le groupe SU(5) comme groupe fondamental, celui-ci donnant effectivement par brisure de symétrie les groupes SU(3)*SU(2)*U(1). 7: Les perspectives futures : expériences et théories. Découvrir le boson de Higgs permettrait enfin de connaître l'origine de la masse des particules. Mais ce rêve est-il envisageable ? - A : Recherches au LEP Du point de vue de l'expérience, on ne peut pas détecter le Higgs directement, mais on peut le faire indirectement par les particules dans lesquelles il se désintègre lors de certaines réactions dont on mesure les caractéristiques (types de particules produites, probabilités de ces réactions etc.).

8: Remerciements et liens pour en savoir plus.