La découverte du boson de Higgs

La découverte du boson de Higgs, en juillet 2012, a connu un retentissement planétaire. Il s’agit d’un progrès majeur dans notre compréhension de l’infiniment petit, et plus particulièrement de l’origine de la masse des particules grâce à une structuration nouvelle de l’ensemble du vide de l’Univers.
Cette découverte, saluée par le Prix Nobel de physique 2013, marque le début d’une nouvelle ère en physique des particules, puisqu’elle parachève le modèle standard de la physique des particules qui décrit l’infiniment petit et qu’elle ouvre un nouveau champ de recherche sur un type de particule totalement nouveau lié ni à la matière ni aux forces mais au vide lui-même.

La constitution de sa carte d’identité

La découverte du boson de Higgs n’est qu’une étape, la physique commence réellement avec l’étude de ses propriétés.
Depuis sa découverte, les chercheurs ont rassemblé le maximum d’informations en étudiant les premiers milliers de bosons de Higgs créés et observés pour la première fois en laboratoire. Il s’agit de savoir si la particule découverte appartient bien au modèle standard de la physique des particules, ou bien s’il s’agit d’une particule exotique, qui signerait l’existence d’une physique au-delà de ce modèle, en réponse aux questions clés qui restent en suspens : quelle est l’origine de la matière noire ? Quelle est l’origine de l’asymétrie entre matière et antimatière ?

Ainsi les physiciens des expériences ATLAS et CMS ont pu mesurer pour la première fois :

• Sa masse pour laquelle ils ont pu atteindre une précision incroyable de quelques pourcents ;
• Le fait que cette particule élémentaire serait la première à ne pas avoir d’orientation intrinsèque (particule dite de spin 0)
• Les propriétés de décroissance, en lien avec sa durée de vie, du boson de Higgs en différents types de particules non seulement des particules portant les forces (bosons W et Z) mais aussi des particules de matière (les fermions, lepton tau et quark b)
• Ils ont pu ainsi en déduire que les couplages de cette particule avec les particules de matière ou les particules de forces étaient bien proportionnels à la masse de celle-ci comme le stipule le mécanisme de Higgs. Ce nouveau principe d’équivalence entre le couplage au boson de Higgs et la masse des particules et aussi important que le principe d’équivalence entre masse inerte et masse pesante mis en évidence par Galilée en faisant tomber de la tour de Pise différents objets.
  
  

L’ensemble des observations faites à ce jour confirme que le boson découvert en 2012 est bien le boson de Higgs prédit par le Modèle Standard.

Explorer la cohérence et les limites du Modèle Standard

Durant la première saison du LHC de très nombreuses études ont pu être menées.
Tout d’abord dans le cadre du modèle standard pour en étudier la cohérence :

• Etude des propriétés des bosons W et Z porteurs de l’interaction faible : mesure précise de leur masse, première observation mondiale de l’interaction entre 3 bosons prédite par le modèle standard mais qui n’avait jamais été observée …
• Etude des propriétés des quarks lourds : masse du top, phénomènes mettant en jeu les quarks b ;
• Analyse de la cohérence de ces résultats avec les propriétés du boson de Higgs et recherche de possibles écarts avec les prédictions du modèle standard.

Mais aussi la recherche directe de nouvelle physique en recherchant tous azimuts de nouveaux phénomènes ou de nouvelles particules et en testant les prédictions de théories allant au-delà du modèle standard. A ce jour, aucune déviation significative par rapport au modèle standard n’a été observée mais des limites d’existence pour différents phénomènes ont été établies.

LHC « saison 2 » : les enjeux et le plus long terme

Le LHC s’est arrêté durant 2 ans (février 2013 - mars 2015), le temps d’un certain nombre d’opérations techniques (maintenance, intervention sur 10 000 interconnexions et 2 000 systèmes magnétiques) permettant de monter l’énergie des faisceaux de protons dans l’accélérateur. Cette montée en énergie est cruciale pour rechercher de nouvelles particules plus massives, qui pourraient notamment être de bons candidats à la matière noire.

Le redémarrage a eu lieu avec succès en juin 2015 ; il s’agit d’une prouesse technologique pour le CERN, qui repousse une fois encore les frontières en énergie et en intensité, et d’une nouvelle aventure de 20 ans pour la communauté scientifique. Cette aventure nécessitera la réalisation de détecteurs et aimants innovants, dont la conception a d’ores et déjà débuté : de nouveaux verrous technologiques dans le traitement des données, dans les nouvelles technologies supraconductrices, dans les capteurs miniaturisés avec traitement intégré devront être levés, induisant des transferts industriels clés.