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Le modèle standard de la physique des particules démontre comment les forces élémentaires qui animent notre Univers fonctionnent. Si ce modèle arrive à expliquer beaucoup de choses, il a échoué à démontrer comment les particules obtiennent réellement leur masse. Comme toute chose, les particules ont une taille et peuvent alors être plus grandes ou plus petites que les atomes. Les scientifiques pensent que le « boson de Higgs » est la particule qui donne sa masse à toute matière. Les experts savent que les particules élémentaires comme les électrons sont la base sur laquelle toute la matière de l’Univers est construite. Ils croient donc que c’est le « boson de Higgs » qui donne la masse des particules.
Le boson de Higgs, également surnommé « la particule de Dieu », fait partie d’une théorie proposée par Higgs et d’autres scientifiques dans les années 1960 pour expliquer comment les particules obtiennent de la masse inertielle. De nombreuses questions en physique des particules sont liées à l’existence d’une masse de particules. Le « mécanisme de Higgs », qui comprend le champ de Higgs et le boson de Higgs, est censé donner les explications concernant la masse des particules élémentaires.
Par « masse », il faut comprendre la masse inertielle, celle qui fait qu’un objet oppose de la résistance lorsque nous essayons de lui donner une force d’accélération ; plutôt que la masse gravitationnelle, qui est sensible à la gravité et qui donne le poids proprement dit. Autrement dit, la masse inertielle est ce qui explique si une particule existe vraiment ou non. La théorie de Higgs propose qu’un champ énergétique, dit « de Higgs », existe partout dans l’Univers. Les particules tournent alors dans ce champ, et y rencontrent les bosons de Higgs. Une fois qu’elles rencontrent le fameux boson, elles se regroupent et utilisent le boson pour générer leur masse.
LA MASSE COMMUNÉMENT CONNUE NE PROVIENT PAS DES BOSONS DE HIGGS
Dans ce cas, il faut imaginer l’Univers comme une fête. Les invités relativement inconnus (les bosons) à la fête peuvent passer rapidement inaperçus dans la pièce ; les invités les plus populaires (les particules) attireront des personnes inconnues qui, ensemble, animeront et créeront des mouvements dans la pièce, créant ainsi des groupes plus grands qui généreront l’ambiance de la fête. Le déplacement des particules dans le champ de Higgs est très similaire à cette illustration. Certaines particules attireront de plus grands groupes de bosons de Higgs ; et plus une particule attirera de bosons de Higgs, plus sa masse sera grande.
On pense que le boson de Higgs a été créé lors du Big Bang il y a 13,7 milliards d’années, et que c’est grâce à lui qu’ont été formées les toutes premières galaxies. Comme cité précédemment, c’est une composante clé du « modèle standard » de la physique des particules. Au cours des quatre décennies écoulées depuis sa première présentation, personne n’a prétendu avoir entrevu le boson de Higgs avec une certitude absolue, jusqu’à ce qu’en 2013, les scientifiques du CERN aient confirmé avoir trouvé la particule.
Les origines de la découverte du boson de Higgs
Au début des années 1960, les physiciens disposaient d’une théorie sur les interactions des quatre forces fondamentales, à savoir la force électromagnétique, la force de gravité et les forces nucléaires forte et faible. Il faut savoir que ces forces sont ce qui anime tout ce qui existe dans l’Univers. Comme ces quatre forces sont trop importantes pour agir indépendamment les unes des autres, les scientifiques pensent qu’elles doivent probablement être unifiées. Mais trouver quelque chose pour cette union semblait alors impossible.
En 1964, les théoriciens ont proposé une solution à ce casse-tête. Des recherches de Robert Brout et François Englert à Bruxelles, et de Peter Higgs à l’université d’Édimbourg, ont abouti à la conception d’un modèle concret connu sous le nom de mécanisme de Brout-Englert-Higgs (BEH). La particularité de ce mécanisme est qu’il peut unifier les forces et donner de la masse aux particules élémentaires, tout en conservant la structure de leurs interactions initiales.
IL EXISTE 16 AUTRES PARTICULES DANS LE MODÈLE STANDARD DE LA PHYSIQUE DES PARTICULES
Le mécanisme BEH avait deux interprétations. Premièrement, une faible interaction était due à des particules lourdes ; et cela a mené à la découverte des bosons W et Z, découverts au CERN en 1983. Deuxièmement, un champ pouvait se manifester à l’intérieur d’une particule. La masse de cette particule avait cependant posé un problème, car les scientifiques qui ont conçu le mécanisme BHE étaient incapables de déterminer comment ladite masse était obtenue. C’est pour combler cette lacune que Higgs a émis la théorie sur l’existence d’un boson à l’origine de la masse inertielle des particules. À partir de ce moment, les physiciens n’ont eu de cesse de rechercher et de prouver l’existence du boson de Higgs.
Pourquoi le boson de Higgs est-il si important ?
LES SURNOMS ATTRIBUÉS AU BOSON DE HIGGS SONT TRÈS PEU APPRÉCIÉS PAR LA COMMUNAUTÉ SCIENTIFIQUE
Le boson de Higgs est très important parce que les théories qui justifient son existence prouvent que la compréhension actuelle du fonctionnement de base de l’Univers est correcte. Si le boson de Higgs n’existait pas, le modèle standard de la physique, et donc la base de tout le mécanisme de notre monde, se révélerait incorrect. C’est cette prime importance qui a abouti au fait que le boson de Higgs ait été surnommé la « particule de Dieu », « la brique qui a construit l’Univers », ou encore « l’ange de la création ».
Une autre raison pour laquelle le boson de Higgs est si important, du moins sur un plan plus pragmatique, est qu’il a ouvert la voie à la découverte d’autres particules et a donné l’impulsion nécessaire pour continuer à financer d’importants projets scientifiques tels que le Grand collisionneur de hadrons ; le même collisionneur qui a aidé à prouver que le boson de Higgs existe effectivement. Bien que nous ne puissions pas le savoir avec certitude, la découverte effective du boson de Higgs, et de toute son implication, pourrait se traduire par des avancées technologiques qui transcenderaient le monde, et non seulement le domaine de la physique théorique.