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Suspens autour du boson de Higgs avant la conférence de l'ICHEP

Du 4 au 11 juillet 2012 va se tenir en Australie la 36e International Conference on High Energy Physics (ICHEP). La blogosphère se remplit de rumeurs concernant une éventuelle annonce d’une confirmation, non de la découverte réelle du boson de Higgs, mais de la persistance du signal déjà enregistré en 2011 avec les détecteurs Atlas et CMS. Le suspens augmente.

François Englert, l'un des physiciens ayant découvert le mécanisme de Brout-Englert-Higgs. © Pnicolet-Wikipédia François Englert, l'un des physiciens ayant découvert le mécanisme de Brout-Englert-Higgs. © Pnicolet-Wikipédia

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On sait que la chasse au boson de Higgs a repris il y a quelques mois avec des collisions à 8 TeV. Les collisions se produisent donc avec des énergies un peu plus élevées que celles de l’année 2011 mais c’est surtout la luminosité des faisceaux qui a fait des progrès spectaculaires. Ainsi, le LHC a d'ores et déjà produit en quelques mois plus de collisions dans les détecteurs Atlas et CMS en 2012 que tout au long de l'année 2011.

Pour mesurer la performance, ce sont 560 millions de millions de collisions proton-proton qui ont été réalisées l’année dernière et si tout se passe bien on devrait atteindre 1.500 millions de millions de collisions en 2012. Les faisceaux entrant actuellement en collision contiennent 1.380 paquets de protons à raison d’environ 1,5 x 1011 protons par paquet.

On peut se rendre compte encore plus clairement de l’exploit des ingénieurs, physiciens et informaticiens assurant le fonctionnement du LHC en comparant sur le schéma ci-dessous les courbes de luminosité délivrée, c'est-à-dire en gros l’augmentation du nombre de collisions cumulées dans le détecteur Atlas pendant les 3 années d’exploitation.

Les courbes de luminosité délivrée dans Atlas (delivered luminosity) montrent le contraste entre le nombre total de collisions produites à 7 TeV dans le détecteur géant pendant l'année 2010 (courbe verte) et celui obtenu depuis avril 2012 (courbe bleue) avec 8 TeV. © Cern
Les courbes de luminosité délivrée dans Atlas (delivered luminosity) montrent le contraste entre le nombre total de collisions produites à 7 TeV dans le détecteur géant pendant l'année 2010 (courbe verte) et celui obtenu depuis avril 2012 (courbe bleue) avec 8 TeV. © Cern

Or, on sait que du 4 au 11 juillet 2012 va se tenir à Melbourne la 36e International Conference on High Energy Physics (ICHEP). C’est typiquement le genre d’événement où l’on peut faire état d’une découverte en physique des particules.

Des photons gamma pour un signal du Higgs significatif ? 

Les augures, c'est-à-dire quelques blogs bien connus de membres de la physique des hautes énergies, qu’ils soient théoriciens ou expérimentateurs, convergent vers une même prédiction de ce qui va être annoncé, et qui confirmerait les résultats positifs de la quête du Higgs. L’accumulation de la statistique dans Atlas et CMS rendrait en effet encore moins plausible l’idée que les signaux enregistrés par ces détecteurs l’année dernière ne soient pas ceux de bosons de Higgs d’une masse d’environ 125 GeV se désintégrant rapidement en photons gamma et autres particules.

Pour dire les choses autrement, l’augmentation du temps de pause de la « photographie » et le filtrage plus efficace du bruit de fond entourant la « station de radio » boson de Higgs, conjointement avec une antenne plus puissante, montrent toujours la présence de quelque chose ressemblant de plus en plus nettement au fameux boson proposé par Peter Higgs, François Englert, Robert Brout et quelques autres pour rendre compte des masses de certaines particules élémentaires.

L’année dernière, chaque détecteur avait enregistré un signal de l’ordre de 3 sigma comme on dit dans le jargon des physiciens. Il faudrait 5 sigma dans chacun des détecteurs pour être sûr d’avoir fait une découverte. Il se murmure que chacun des détecteurs aurait maintenant un signal à 4 sigma en cumulant les données enregistrée en 2011 et 2012.

Une découverte ne pourrait encore être annoncée mais on ne peut s’empêcher de penser qu’une combinaison correcte des données des deux expériences, ce qui n’est pas évident, pourrait déjà permettre de dépasser le seuil des 5 sigma. Si tel est le cas, la découverte du boson de Higgs a peut-être déjà été faite mais une prudence bien compréhensible interdira de l’affirmer à l’ICHEP.


Un bref tour guidé du Cern. © CernTV, YouTube

On peut penser aussi qu’il reviendra au Cern d’annoncer cette découverte dans quelques mois, quand on aura collecté suffisamment de données pour obtenir un signal à 5 sigma dans chaque détecteur.

Gardons à l’esprit qu’il s’agit encore de suppositions basées sur des rumeurs dont la solidité n’est pas établie. On pourrait être déçus dans quelques semaines à Melbourne !

La fenêtre des astroparticules et de la cosmologie

Mais la pire déception serait certainement que l’on annonce dans quelques mois que l’on a trouvé un seul boson de Higgs avec des propriétés identiques à celles prédites par le modèle standard. Si tel était le cas, il y a gros à parier que le LHC n’aurait servi à rien et que même les successeurs du LHC ne seront pas vraiment en mesure de nous donner des signes d’une nouvelle physique.

Quelques rares manifestations de celle-ci seront sans doute visibles dans le rayonnement fossile, avec des détecteurs comme AMS et l'étude de l'énergie noire mais une porte sera fermée pour un avenir indéterminé et peut-être à jamais sur une connaissance vraiment plus approfondie de la nature de la matière, de l’espace, du temps et de la naissance de l’univers.

Les seuls territoires où l’humanité pourra progresser encore, en particulier technologiquement, seront les neurosciences, la bio-informatique, l’information quantique, l’astrobiologie, la nanotechnologie et l’astronautique. Mais il est encore un peu tôt pour être vraiment pessimiste…


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