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La découverte du boson de Higgs a marqué un tournant dans l’histoire de la physique ; elle a permis d’expliquer une notion fondamentale : comment les particules élémentaires pourvues d’une masse acquièrent cette masse. Mais elle marque également le début d’une nouvelle ère sur un plan plus fondamental : les caractéristiques de la particule de Higgs seront mesurées de manière détaillée, ce qui amènera à mieux comprendre la nature de l’Univers.
L’une de ces caractéristiques est la masse, étonnamment faible, de la particule de Higgs, 125 GeV. De nombreuses théories ont été proposées pour expliquer cette faible masse, mais aucune n’a, à ce jour, été validée par des données. Dans un article récemment publié dans la revue Physical Review Letters, Raﬀaele Tito D’Agnolo, du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), et Daniele Teresi, du CERN, proposent une nouvelle théorie expliquant à la fois la faible masse du boson de Higgs et une autre énigme de la physique fondamentale.
En quelques mots, la théorie avancée par les deux scientifiques est la suivante : dans ses premiers instants, l’Univers était un ensemble de nombreux univers ; dans chacun de ces univers, le boson de Higgs avait une masse différente, et, dans certains, il était léger. Dans ce modèle « multivers », les univers contenant un boson de Higgs lourd se sont effondrés en très peu de temps dans un Big Crunch, alors que ceux contenant un boson léger ont survécu à cet effondrement. Notre univers ferait donc partie des univers qui ont survécu, à savoir ceux comportant un Higgs léger.
Le modèle, qui comporte deux nouvelles particules en plus des particules prédites par le Modèle standard, permet également d’expliquer certaines caractéristiques de symétrie de l’interaction forte (l’interaction forte étant la force lie ensemble les quarks pour former des protons et des neutrons, et également les protons avec les neutrons pour former des noyaux atomiques).
Même si la théorie de la force forte, appelée chromodynamique quantique, prédit qu’une brisure de symétrie fondamentale, dite symétrie CP, par interactions fortes est possible, les expériences n’ont pas permis de l’observer. L’une des nouvelles particules du modèle de D’Agnolo et de Teresi peut permettre de résoudre ce problème, en rétablissant la symétrie CP dans l’interaction forte. En outre, cette même nouvelle particule pourrait être la clé de la matière noire, laquelle semble constituer la majeure partie de la matière dans l’Univers.
Il n’est bien entendu pas certain que le nouveau modèle, ou l’un des nombreux autres modèles proposés pour expliquer la masse du boson de Higgs et le problème de symétrie CP dans l’interaction forte, soit valide.
« Chaque modèle a ses avantages et ses limites, explique Teresi. Notre modèle se distingue par sa simplicité, et par le fait qu’il est générique et qu’il résout simultanément ces deux énigmes apparemment sans lien. De plus, il prédit des caractéristiques bien particulières dans les données issues des expériences menées en vue de rechercher la matière noire ou un moment dipolaire électrique dans le neutron et dans d’autres hadrons. »
D’autres théories ont été proposées récemment pour expliquer la masse du boson de Higgs, par exemple, le modèle de champ de relaxation, une théorie reposant sur un nouveau phénomène de cosmologie quantique ou encore le modèle « selfish Higgs ». Les théories plus anciennes reposent, soit sur l’hypothèse que le boson de Higgs est une particule composite, soit sur un nouveau type de symétrie appelé supersymétrie. Il faudra du temps – et des données – pour valider, peut-être, l’un de ces modèles.