Pourquoi les physiciens traquent tant le boson de Higgs ?

Simulation de la détection d'un boson de Higgs dans l'un des détecteurs du futur LHC. © Cern

Ce n'est pas seulement la perspective d'un prix Nobel qui motive les physiciens. Même si effectivement, le premier qui aura l'honneur de détecter la particule tant recherchée qu'est le boson de Higgs, sera sans doute gratifié du fameux prix.

Non, ce qui les pousse à imaginer des accélérateurs plus puissants, comme le LHC du Cern, qui entrera en fonction en 2007, c'est l'idée d'une théorie qui unifie toutes les forces de la nature. Qui lie entre elles la matière et les forces.

Pourquoi ? La théorie du modèle standard, qui décrit toutes les particules élémentaires, implique que celles-ci soient de masses nulles. Or, les scientifiques ont pu établir expérimentalement les masses de toutes les particules avec de bonnes précisions. Et si photon et gluons sont bien de masse nulle, ce n'est pas le cas des bosons Z et W, ni des quarks et ni des électrons.

Pour que le modèle standard ne s'écroule pas, Peter Higgs en imagine, en 1963, la clé de voûte. Il "invente" une autre particule, un boson, dit de Higgs. Selon cette idée, les particules acquièrent une masse en interagissant avec un champ omniprésent (le champ de Higgs) porté par ce fameux boson de Higgs. C'est lui qui confère des masses à toutes les autres particules, ainsi qu'à lui même.

La masse n'est qu'une apparence

Cela revient à dire que la masse d'une particule n'est qu'une apparence : elle dépend de l'intensité avec laquelle elle interagit avec le boson de Higgs. Pour illustrer ce mécanisme, imaginons une pièce contenant des invités (nos bosons de Higgs) uniformément répartis dans celle-ci. Une personnalité (notre particule censée interagir avec les bosons de Higgs) entre alors dans cette pièce et tout le monde s'agglutine autour d'elle pour lui parler : elle a alors de plus en plus de mal à bouger, comme si elle acquérait de plus en plus de masse.

Ce mécanisme est maintenant considéré comme une partie essentielle du modèle standard et l'existence du boson de Higgs est capitale pour les théoriciens. La détection du boson de Higgs est LE défi actuel de la physique des particules et fait l'objet d'une compétition acharnée. Si aucun laboratoire n'y parvient d'ici 2007, le nouvel accélérateur du Cern à Genève, qui sera en fonction à cette date, devrait apporter une réponse définitive sur l'existence du boson de Higgs.

Voire même les bosons de Higgs. En effet,"les extensions les plus simples du modèle standard prédisent au moins 5 Higgs de masses et de probabilité de production différentes. Si l'on trouve un Higgs, il faudra encore déterminer s'il est seul ou si l'on est dans un scénario plus complexe, affirment Paul Colas et Boris Tuchming, chercheurs au CEA. De plus Le Higgs lui-même n'est pas la fin de l'histoire de l'origine des masses : même si le mécanisme de Higgs fournit un cadre pour expliquer comment une masse est affectée a chaque particule, il n'y a pas de théorie qui prédise les valeurs de ces masses."