Document ID: /fineweb-2-swissfilter-quality_10-filterrobots/filtered/07111.jsonl.gz/400

Il y a dix ans, le Cern, en collaboration avec des laboratoires de recherche et des universités du monde entier, avait résolu l'une des plus grandes énigmes physiques de notre temps. Après une quête de plusieurs décennies, l’identification du dernier élément du modèle standard de la physique des particules élémentaires semblait toucher à sa fin. « Je pense que nous l'avons », déclara Rolf Heuer, alors directeur général du Cern, le 4 juillet 2012. La nouvelle particule observée était donc cohérente avec celle de Higgs dont l’existence a été postulée en 1964.
Cette particule est extrêmement difficile à saisir. Le lauréat du prix Nobel de physique Leon Ledermann l'aurait un jour qualifiée de « goddamn particle » (« maudite particule »). En effet, le boson de Higgs se désintègre si rapidement qu'il échappe à toute détection. Seuls ses résidus de désintégration peuvent être détectés dans les vestiges des collisions de particules de haute énergie au sein du Large Hadron Collider (LHC).
Depuis la découverte du boson de Higgs, les physiciens sont à l'affût de désintégrations qui n'existent pas dans le modèle standard et qui pourraient ainsi donner des indications sur une nouvelle physique. Porte-parole de la collaboration de recherche Atlas - l'un des quatre grands détecteurs de particules du LHC -, Andreas Hoecker qualifie le Higgs de « portail possible vers une nouvelle physique ».
Higgs donne de la masse
Une fraction de seconde seulement après le Big Bang, le champ de Higgs s'est condensé dans l'univers en train de se refroidir. Depuis, il confère une masse à toutes les particules élémentaires qui interagissent directement avec lui. « Sans le champ de Higgs, notre univers serait un endroit complètement différent », explique le physicien.
Le mécanisme de Higgs avait déjà été énoncé théoriquement des décennies avant la détection expérimentale de la particule par Peter Higgs, François Englert et Robert Brout (décédé en 2011). Le mécanisme stipule que plus une particule interagit avec le champ de Higgs, plus sa masse est grande. C'est l'une des prédictions les plus importantes du modèle standard.
Matière noire dans la désintégration de Higgs ?
Selon les connaissances actuelles, la particule de Higgs respecte sagement les règles du modèle standard, la théorie jusqu’ici infaillible et sans aucun doute la plus aboutie pour décrire l'univers. Cette théorie est pourtant lacunaire. La matière noire, pour laquelle les observations astronomiques et cosmologiques sont très probantes, n'y figure par exemple pas, bien qu’elle représente environ 25% de l'univers visible et que sa masse est presque six fois supérieure à celle de la matière apparente.
Concrètement, il serait tout à fait possible que la particule de Higgs se désintègre également en particules de matière noire dans le LHC. « Vu que la matière noire n'interagit avec rien, donc pas non plus avec notre détecteur de particules, nous avons besoin d'astuces pour prouver l’existence de telles désintégrations », précise Andreas Hoecker.
Le LHC a subi une mise à niveau au cours des trois dernières années et fonctionnera désormais avec une énergie et une intensité encore plus élevées, ce qui augmentera d'autant le rendement des données. « Peut-être pourrons-nous alors collecter suffisamment d’informations pour pouvoir prouver indirectement la désintégration de Higgs en matière noire », espère Andreas Hoecker.
Le Saint Graal de la recherche sur le Higgs
Selon le physicien, le Saint Graal de la recherche sur le Higgs réside toutefois dans la détermination de la forme du potentiel de Higgs. C'est essentiel pour comprendre l'origine du mécanisme de Higgs, qui joue un rôle fondamental dans l'histoire de l'univers.
« Dans le modèle standard, le potentiel énergétique du champ de Higgs a la forme d'un sombrero », explique Andreas Hoecker. Mais cela n'a pas encore été confirmé. L'hypothèse pourrait être partiellement vérifiée si l'on savait plus précisément comment deux bosons de Higgs interagissent entre eux. C'est pourquoi les physiciens recherchent des collisions au cours desquelles deux particules de Higgs sont créées. Seulement, « il est encore mille fois plus rare d'observer deux bosons de Higgs en même temps qu'un seul », estime Andreas Hoecker.
Il considère que la résolution de l'énigme nécessitera au moins la poursuite de la mise à niveau du LHC afin d'augmenter les chances d'observation d'événements aussi rares et de pouvoir faire des déclarations statistiquement valides sur le potentiel de Higgs. A partir de 2029, l’accélérateur fonctionnera en tant que « High-Luminosity LHC » avec une intensité nettement plus élevée et une énergie légèrement plus importante que jusqu'à présent.
Un pas supplémentaire sera ainsi peut-être franchi dans l’explication du mystère de la création de l’univers…
Autrice: Stephanie Schnydrig, rédactrice scientifique de Keystone-ATS