Le Boson de Higgs

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LE BOSON DE HIGGS

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Vous pensez que le boson de Higgs explique la masse des corps dans l’univers, depuis les atomes jusqu’aux étoiles. C’est faux ! Vous pensez que vous nagez dans une mer de bosons de Higgs autour de vous. C’est faux. D’ailleurs, depuis 13,7 milliards d’années, les bosons de Higgs n'existent plus dans l’univers, si ce n'est de façon fugace...

Vous ne comprenez plus rien ? Voici de quoi vous éclairer. 

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. Mais comme pour toutes les tentatives de métaphores, elles peuvent être trompeuses si on les prend au pied de la lettre. Examinons cela d’un peu plus près.

 Précisons tout de suite. Il est faux de dire que le boson de Higgs explique la masse de la matière ordinaire. D’une façon ou d’une autre, il n’explique absolument pas la masse du Soleil, de la Terre ou des atomes qui composent les êtres humains. Il est incorrect et même faux dans un certain sens de dire que le boson de Higgs explique la masse des particules élémentaires. Tout comme il est faux de dire que l’univers est rempli de bosons de Higgs et que c’est en heurtant ces bosons que les particules de matière deviennent massives.

Suite du dossier ICI :  futura-sciences

Dans cette vidéo en anglais, l'analogie entre le champ de Higgs et l'effet de l'eau sur des objets est reprise. Mais attention, à la fin de la vidéo, il faut bien garder présent à l'esprit que les bosons de Higgs constituent le champ de Higgs quand celui-ci est en mouvement et oscille à la façon des ondes sonores dans l'eau ou à celle des ondes de surface, comme des vagues. Protons et neutronsne sont pas constitués de quarks top  (t) mais de quarks up  (u) et down (d). Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur « cc » pour que s'affichent d'abord des sous-titres en anglais si ceux-ci n'apparaissent pas déjà. En passant simplement la souris sur « cc », apparaîtra « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « français » puis « ok ». © fermilab-YouTube 

Le Boson de Higgs, qu'est-ce que c'est ?

Les physiciens considèrent cette particule comme la clé de voûte de la formation de l'univers.Ils sont sûrs d'eux à 99,9999%. Les chercheurs de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) de Genève ont annoncé mercredi avoir mis en évidence une nouvelle particule subatomique. Selon eux, elle est "compatible" avec les caractéristiques du boson de Higgs.

Sans le boson de Higgs, l'univers serait de la soupe

• Qu'est-ce que le boson de Higgs ? Le boson de Higgs est considéré par les physiciens comme la clef de voûte de la structure fondamentale de la matière. Selon la théorie dite du "Modèle standard", cette particule donne leur masse à toutes les autres dans notre univers. Concrètement, sans le boson de Higgs, les particules qui constituent l'univers seraient restées éparses, comme dans une soupe, et n'auraient pas pu s'agréger pour donner naissance aux étoiles, aux planètes et même à la vie.

• Est-ce le boson de Higgs ou son jumeau ? Ce que les scientifiques ne savent pas encore après les dernières avancées c'est si la particule qu'ils ont découverte est le boson de Higgs, tel que décrit par le Modèle standard, ou une variante, ou encore une particule subatomique complètement nouvelle. Cette dernière solution pourrait obliger à repenser totalement la structure fondamentale de la matière.

"Une nouvelle étape dans notre compréhension de la nature"

• Pourquoi cette découverte est-elle importante ?

"Nous avons franchi une nouvelle étape dans notre compréhension de la nature", a déclaré le directeur général du Cern, Rolf Heuer, dans un communiqué. "La découverte d'une particule dont les caractéristiques sont compatibles avec celles du boson de Higgs (...) ouvre la voie à des études plus poussées, exigeant davantage de statistiques, qui établiront les propriétés de la nouvelle particule", a-t-il expliqué.

• Comment ce boson a-t-il été découvert ? Depuis un an, l'étau n'avait cessé de se resserrer autour de cette insaisissable particule sans que les chercheurs n'aient encore réussi à le débusquer. Tout s'est joué au coeur du LHC de Genève. Dans cet anneau de 27 km de circonférence situé à 100 mètres sous terre, les physiciens ont fait s'entrechoquer des milliards de protons en espérant trouver la trace du boson dans les débris, une cascade de particules, à l'aide de myriades de détecteurs.

En décembre dernier, la cachette du boson de Higgs s'était déjà singulièrement réduite, les deux expériences indépendantes en cours au LHC (ATLAS et CMS) pointant vers une région comprise entre 124 et 126 gigaélectron-volts. Mais la marge d'erreur restait bien trop importante pour permettre aux chercheurs d'affirmer alors formellement avoir "découvert" le boson.

Un article de Marie-Laure Combes/Reuters, publié par europe1.fr

(source : terresacree)

Cette fois, il n'y a plus de doute. Une nouvelle particule a bien été découverte au Centre européen de recherche nucléaire (CERN), près de Genève, grâce à l'accélérateur de particules LHC et ses deux principaux détecteurs, Atlas et CMS.   Le CERN et les deux porte-paroles de ces expériences ont annoncé avoir mis au jour un boson ressemblant fort au célèbre boson de Higgs. Cette particule, qu'il convient plus exactement de nommer "de Brout-Englert-Higgs" du nom de ses géniteurs théoriciens, est la pièce manquante au bel échafaudage construit par les physiciens pour décrire le monde de l'infiniment petit.

  A l'issue de la présentation des résultats au CERN, l'Ecossais Peter Higgs, qui a donné son nom à ce Boson, a tenu à féliciter toutes les équipes ayant participé à la détection de cette particule. "

C'est extraordinaire que cela soit arrivé de mon vivant", a-t-il déclaré. Le Belge François Englert, qui lui aussi avait été convié à la conférence du CERN, s'est associé à ces félicitations. Il a tenu à exprimer "sa tristesse que notre collaborateur et ami de toute une vie, Robert Brout, n'ait pas pu assister à cette extraordinaire présentation". Englert et Brout avaient cosigné en août 1964 un article décrivant un mécanisme donnant une masse aux particules. Peter Higgs avait décrit une particule du même type le 15 septembre 1964. La dénomination populaire du boson n'a retenu que son nom, sous l'influence de Steven Weinberg (Nobel de physique 1979) qui a contribué à vulgariser cette particule.   Elle joue un rôle majeur dans la nature car, sans elle, les particules n'auraient pas de masse. C'est comme si des objets initialement sans masse traversaient un milieu visqueux et se mettaient donc à peser de plus en plus lourd. La manière d'agréger la "boue" dépendant de l'interaction avec le fameux boson. Ainsi l'électron devient l'objet que nous connaissons et peut ensuite donner naissance à des atomes, des molécules... Bref à toute la matière qui nous entoure.  

 Lire : "Le boson de Higgs : les raisons d'une quête" Il s'agit de la première particule élémentaire découverte depuis 1994. Elle était la dernière à échapper aux recherches et complète admirablement le modèle standard, sorte de table de la loi de la physique qui décrit les douze particules et les trois forces qui les unissent pour former la matière ordinaire. "UN LABORATOIRE POUR UNE NOUVELLE PHYSIQUE" . Les salles de presse et celles réservées aux physiciens étaient combles pour le lever de voile sur les différents graphiques présentant les derniers résultats obtenus en moins de deux ans de fonctionnement de l'accélérateur (dont le projet a été officiellement été lancé en 1994).

Il y a désormais plus de 99,9999 % de chances que l'observation soit correcte. La masse du nouveau venu est de 125 GeV (gigaélectronvolt) environ, dans les unités utilisées par les physiciens pour peser leurs bébés. C'est 133 fois plus qu'un proton, constituant élémentaire des noyaux atomiques, par exemple. "Nous avons fini un chapitre mais d'autres sont à écrire", a déclaré Guido Tonelli, ancien porte-parole de CMS, l'un des deux détecteurs qui a indentifié la particule. En effet, il faut d'abord vérifier que ce qui a été vu est bien le Graal attendu. Comment interagit ce boson avec les autres particules ? Tourne-t-il sur lui-même ? Bref, quelles sont toutes ses propriétés.

 La moindre anomalie, la moindre différence avec le boson standard, celui qui a été défini par la théorie, au lieu d'être un problème, serait même très excitante. Cela mettrait sur la voie d'une théorie au-delà de l'actuelle. "Ce boson est un laboratoire pour une nouvelle physique. Il peut ouvrir des portes. C'est très excitant", ajoute Guido Tonelli. Car sur le papier les physiciens savent que leur élégant modèle standard ne résiste pas aux très hautes énergies comme l'Univers en a connu à ses débuts. Ils ne savent pas non plus de quoi est faite la matière noire qui baigne le cosmos. Ni même l'énergie noire qui accélère l'expansion de l'Univers. Ils voudraient bien savoir aussi ce qui donne la masse à ce fameux boson. L'histoire n'est donc pas finie. "Nous avons de quoi nous occuper avec le LHC jusqu'en 2030 !", constate Michel Spiro, le président du conseil du CERN.

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 Le boson de Higgs est une particule prédite par le fameux « modèle standard » de la physique des particules élémentaires. 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. Un dernier point, le texte qui va suivre est une tentative de compromis entre deux niveaux de lecture. Les lecteurs de Futura-Sciences sont assez hétérogènes, on y trouve de simples curieux de sciences jusqu'à des personnes ayant un bagage scientifique poussé (pas nécessairement en physique).

C'est donc un problème redoutable que d'essayer de satisfaire les uns et les autres. Certaines parties seront par conséquent difficiles à comprendre pour le néophyte et d'autres trop simples pour un étudiant en physique. Le fil conducteur du texte est l'évolution des idées en physique concernant la description des masses des particules, et ce en liaison avec les différentes forces dans l'univers. Selon les besoins du lecteur, beaucoup d'illustrations ou d'informations (schémas, équations, données historiques/expérimentales) qu'il (elle) trouvera nécessaires pour mieux comprendre ou satisfaire plus avant sa curiosité se trouvent dans les liens en dernière page. On s'est efforcé de renvoyer vers ces références précises tout au long de ce dossier (Sur Futura Sciences). En espérant ainsi permettre une grande flexibilité de lecture prenant appui sur les grandes lignes et perspectives indiquées dans le texte.

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Peter Higgs

C’est fait ! À Genève, ce 5 avril 2012 vers 0 h 38 du matin, l’humanité a réussi à faire entrer en collision des faisceaux stables de protons de 4 TeV.

En atteignant donc une énergie de collision de 8 TeV, les chercheurs du Cern entendent bien découvrir avant la fin de l’année si le boson de Higgs standard, entraperçu dans les précédentes collisions au LHC, est bien réel. On vient d’apprendre que la chasse au boson de Higgs a bel et bien repris au LHC après l’obtention de collisions de faisceaux stables à des énergies record dans les détecteurs CMS et Atlas, ainsi que LHCb et Alice (on peut le voir dans cette vidéo). Des collisions de protons à 8 TeV avaient déjà eu lieu le 30 mars 2012 mais ce n'est que ce 5 avril qu'ont été obtenues des conditions suffisamment stables pour commencer à prendre des données. Comme l’a déclaré Steve Myers, directeur des accélérateurs et de la technologie du Cern : « Grâce à l’expérience acquise lors des deux années d’exploitation fructueuse à une énergie de 3,5 TeV par faisceau, nous pouvons sereinement relever l’énergie cette année, sans risque majeur pour la machine.

C’est à présent au tour des expériences d’exploiter au mieux le nouveau potentiel de découverte que nous leur offrons ! ». 8 TeV pour le boson de Higgs et de la nouvelle physique On se souvient que des problèmes au niveau des connexions des aimants supraconducteurs de la machine avaient conduit à monter beaucoup plus lentement que prévu en énergie et en luminosité afin d’éviter que des accidents se produisent. Le passage d'une énergie de collision de 7 TeV à 8 TeV peut sembler bien modeste mais, comme nous l’expliquait Julien Baglio dans un article récent sur le boson de Higgs et ses liens avec les théories de grande unification (GUT) et la supersymétrie, des collisions 8 TeV devraient permettre aux physiciens de savoir si le boson de Higgs standard existe bel et bien en examinant les données collectées pendant l'année 2012. En tout état de cause, le LHC fera ensuite une longue pause de deux ans pour se préparer à atteindre de nouveaux sommets en énergie et en luminosité des faisceaux, afin de tenter, par exemple, de faire la lumière sur les particules de matière noire. Pendant ces deux ans, le LHC sera amélioré pour permettre une exploitation à 6,5 TeV par faisceau dès la fin 2014 dans un premier temps. L’objectif final est d'atteindre progressivement l'énergie nominale de 7 TeV par faisceau pour des collisions à 14 TeV, comme il est prévu de longue date. Il est possible de suivre en direct la chasse au boson de Higgs. Le LHC propose en effet plusieurs sites dédiés aux détecteurs. Il suffit de choisir ! 

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Les scientifiques ne sont pas tous enthousiastes

"Succès global" pour le directeur général du Cern, mais déception pour plusieurs scientifiques, la découverte du boson de Higgs met les physiciens en émoi. Car si elle ouvre de nouvelles portes, elle en ferme aussi beaucoup.

Les réactions après l'annonce mercredi de la découverte du boson de Higgs ne sont pas toutes enthousiastes. Certes, pour l'immense majorité des scientifiques, il s'agit d'une des plus grandes victoires de la physique moderne et « un autre grand bond pour l'humanité », pour reprendre les mots du président du conseil du Cern, Michel Spiro. Mais pour d'autres, la joie est teintée de déception, à l'image du physicien et cosmologiste Stephen Hawking. S'il considère que cette découverte mérite un Prix Nobel, il a déclaré à la BBC qu'elle était « dommage dans un sens, car les grandes avancées dans le domaine de la physique proviennent d'expériences dont les résultats sont inattendus ».

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