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Les physiciens ont un énorme problème car le boson de Higgs refuse de se conduire mal

Par Leah Crane

CMS

L'expérience CMS au CERN étudie le boson de Higgs

Max Brice / CERN

Les physiciens ont repéré le boson de Higgs exécutant une nouvelle astuce, mais qui ne nous rapproche pas de la compréhension du fonctionnement des particules fondamentales.

Le boson de Higgs, découvert au laboratoire de physique des particules du CERN près de Genève, en Suisse, en 2012, est la particule qui donne la masse à toutes les autres particules fondamentales, selon le modèle standard de la physique des particules. Cependant, malgré le travail de milliers de chercheurs à travers le monde, personne n'a été en mesure de comprendre exactement comment cela fonctionne ou pourquoi certaines particules sont plus massives que d'autres.

La seule façon d'essayer de résoudre ce problème est d'observer comment le Higgs interagit avec d'autres particules à l'aide du grand collisionneur de hadrons (LHC). Pour la première fois, les deux grands groupes qui l'utilisent – les collaborations CMS et ATLAS – ont observé le Higgs se désintégrer en deux muons, une sorte de particule avec laquelle nous n'avions jamais vu directement interagir auparavant. Les membres des collaborations ont présenté ces travaux lors de la Conférence internationale virtuelle sur la physique des hautes énergies.

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Certains chercheurs ont suggéré que les particules ont des masses différentes car il existe plus d'un type de boson de Higgs, chaque type de Higgs étant couplé à une gamme de masse différente d'autres particules.

Les muons sont beaucoup moins massifs que les autres types de particules avec lesquels nous avons vu les Higgs réguliers interagir, de sorte que la nouvelle découverte rend plus probable qu'il n'y ait qu'un seul Higgs. Ce comportement est exactement ce que nous attendons du modèle standard. Adam Gibson-Even de l’Université de Valparaiso dans l’Indiana, qui n’était pas impliqué dans ce travail, dit qu’il s’agit d’une instance de «boson de Higgs, exactement comme ordonné».

Mais cela laisse sans réponse le mystère de la raison pour laquelle les particules ont des masses différentes. Bien que ce résultat ne soit pas surprenant, dit Gibson-Even, il est quelque peu frustrant car nous savons que le modèle standard est incomplet – en plus de ne pas expliquer pourquoi les particules ont des masses différentes, il ne tient pas non plus compte de la matière noire ou de l'énergie noire. Néanmoins, les résultats expérimentaux ont été entièrement conformes au modèle.

«C’est un problème dans le sens où nous savons que le boson de Higgs tel quel n’explique pas ces choses», explique Freya Blekman, chercheuse à CMS, à l’Université libre de Bruxelles, en Belgique. Si le même Higgs interagit à la fois avec des muons et des particules plus lourdes, c'est une autre voie pour résoudre la question de la masse fermée.

La prochaine étape, dit Blekman, consiste à prendre des mesures encore plus précises du Higgs interagissant avec une gamme de particules différentes. Beaucoup de ces mesures doivent être plus précises que celles que le LHC peut fournir, ce qui fait partie de l'argument en faveur de la construction d'un collisionneur «usine Higgs» plus puissant, dit-elle.

"Nous avons supprimé les scénarios, mais nous n'avons pas encore d'explication", déclare Blekman. «Mais c’est en quoi consiste la physique des particules – nous avons des dizaines de milliers de prédictions et nous devons les éliminer.»

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