Le modèle standard de la physique des particules (MS) rend compte avec une excellente précision de très nombreux phénomènes. Cependant, il ne permet pas de comprendre deux grandeurs très fondamentales : la constante cosmologique et la masse du boson de Higgs.
La première – homogène à une courbure de l'espace – est reliée à l'expansion de l'Univers et détermine donc sa densité d'énergie à grande échelle. En s'appuyant sur le modèle standard et sur des principes de symétrie devenus des classiques de la physique moderne, les théoriciens estiment que la constante cosmologique devrait être 10120 fois supérieure à la valeur déduite de mesures astrophysiques, ce qui reviendrait à faire entrer l'Univers entier dans un volume beaucoup plus petit que celui d'un atome ! De la même manière, ils estiment que la masse du boson de Higgs devrait être supérieure de plusieurs ordres de grandeur à celle mesurée à partir de collisions de protons au LHC (Large Hadron Collider), au Cern.
Ces valeurs minimalistes semblent toutes deux résulter de « réglages fins » très improbables. Comme si des données, entièrement inconnues, et de très grandes dimensions « neutralisaient » les valeurs gigantesques issues de la théorie !
Jusqu'à présent, les scientifiques développent sans succès véritable :
- des explications dites dynamiques, utilisant de nouvelles structures, particules ou symétries (comme la « supersymétrie »),
- des interprétations statistiques, basées sur l'hypothèse de mondes parallèles (multivers).
À noter que l'absence de découverte de « superparticules » au LHC aggrave la tension entre expérience et théorie pour la masse du Higgs.
Trois théoriciens, dont un de l'IPhT, proposent une nouvelle explication, fondée sur une relation originale entre le boson de Higgs et la constante cosmologique. Ils identifient une nouvelle classe de mécanismes permettant de produire des réglages fins via la masse du Higgs. Seules certaines valeurs spécifiques de la masse du Higgs peuvent « sélectionner » des valeurs extrêmement basses de la constante cosmologique… et laisser à l'Univers assez de place pour exister. De plus, ce scénario conduit à de nouvelles possibilités de création de matière noire.
Le raisonnement des chercheurs est d'autant plus intéressant qu'il produit des prédictions vérifiables au LHC « haute luminosité » qui entrera prochainement en service. Des désintégrations rares de nouveaux bosons de Higgs (Atlas et CMS) pourraient permettre de trancher ou non en faveur de ce modèle. Affaire à suivre !