François Englert (à gauche), malheureusement sans Robert Brout, a rencontré Peter Higgs pour la première fois au Cern, le 4 juillet 2012. Les deux hommes ont reçu le prix Nobel de physique 2013. © Maximilien Brice, Laurent Egli, Cern

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Boson de Higgs

DéfinitionClassé sous :physique , boson de higgs , mécanisme de Brout-Englert-Higgs

Le boson de Higgs est une particule associée au mécanisme de Brout-Englert-Higgs (BEH) à l'origine de la masse des bosons W et Z du modèle électrofaible, et probablement aussi des quarks et des leptons.

Boson de Higgs et origine des masses

Avec le mécanisme de Brout-Englert-Higgs, les physiciens expliquent l'origine des masses des particules élémentaires à partir d'un nouveau champ, dont les bosons de Higgs sont les paquets d'énergie associés aux oscillations, comme les photons le sont au champ électromagnétique. C'est en 1967 que Steven Weinberg et Abdus Salam ont utilisé ce mécanisme pour expliquer la masse de nouveaux bosons qu'ils venaient d'introduire pour unifier les forces électromagnétiques et nucléaires faibles.

Les bosons W sont responsables des processus de radioactivité bêta, qui font briller le Soleil lorsqu'il fabrique de l'hélium et du deutérium. Si ces bosons n'étaient pas massifs, les noyaux se désintégreraient très vite et ne pourraient donc pas exister. Sans le champ de Higgs, les électrons seraient sans masse et ne formeraient pas des atomes. Dans le cadre du modèle standard, on peut ainsi dire que le champ de Higgs est essentiel à l'apparition de la vie sur Terre.

John Ellis, le grand physicien théoricien, répond à ces questions : qu'est-ce que le boson de Higgs, et comment le cherche-t-on ? © CernTV, YouTube

Le champ de Higgs est partout dans l'univers observable. Mais s'il est bien responsable de l'origine de la masse des quarks et des leptons, ce n'est pas lui qui explique la masse des protons et des neutrons, donc l'essentiel de la masse de la matière qui compose notre corps et les étoiles. Il n'existe plus de bosons de Higgs dans le cosmos depuis le Big Bang, à part de façon fugace, comme dans le cas des collisions faites dans les détecteurs géants du LHC.

La découverte du boson de Higgs

Le 4 juillet 2012, le Cern a annoncé avoir découvert un boson dont la masse est d'environ 126 GeV, ressemblant beaucoup au boson de Higgs.

Pierre Fayet, directeur de recherche CNRS au laboratoire de physique théorique de l’ENS à Paris, est spécialiste de physique théorique des particules. Ses travaux ont notamment porté sur la supersymétrie. Il répond à trois questions sur l’apport des physiciens théoriciens dans la découverte du boson de Higgs. © INP, CNRS

En mars 2013, le Cern a finalement déclaré que des analyses plus poussées des données enregistrées par les détecteurs Atlas et CMS menaient à la conclusion qu'il s'agissait bien de la particule associée au champ postulé pendant les années 1960 par Peter Higgs, François Englert, Robert Brout, Gerald Guralnik, Carl Richard Hagen et Thomas Kibble. Ce champ sert à donner une masse aux bosons de jauge des théories de Yang-Mills via le mécanisme de Brout-Englert-Higgs (BEH), que les six chercheurs ont découvert presque en même temps.

Le 8 octobre 2013, Peter Higgs et François Englert seuls reçurent finalement le prix Nobel de physique pour leur découverte du mécanisme BEH, Robert Brout étant décédé. Pour le moment, le comportement du boson de Higgs découvert au LHC ne trahit aucun signe d'une nouvelle physique au-delà du modèle standard.

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