Sciences

Qu'est-ce que le boson de Higgs ?

VidéoClassé sous :physique , boson , boson de higgs

Avant d'être découvert, le boson de Higgs a été postulé. Cette particule singulière, qui n'est ni de la matière ni le véhicule d'une force, était une pièce manquante des théories existantes. Nathalie Besson, physicienne au CEA, nous explique pourquoi les scientifiques ont introduit cet étrange boson.

Le boson de Higgs est l'analogue des photons du champ électromagnétique. La différence est qu'il n'est pas associé à un champ vectoriel, comme le champ électrique, mais à un champ scalaire. Son spin est donc nul alors que celui des bosons associés à des champs vectoriels vaut 1. Ce champ a été proposé en 1964 par plusieurs chercheurs, dont Peter Higgs, Robert Brout et François Englert, pour doter les particules de masse à l'aide du « mécanisme de Brout-Englert-Higgs ».

Ce mécanisme a été utilisé pour donner des masses à d'autres bosons, appelés W et Z, qui ont servi à unifier les forces électromagnétique et nucléaire faible en une nouvelle interaction, dite électrofaible. Cette théorie de Glashow-Salam-Weinberg (ou GSW, du nom de ses auteurs) a été ensuite combinée avec la théorie des forces nucléaires fortes entre quarks, la chromodynamique quantique, ou QCD, qui introduit d'autres bosons, les gluons.

Le Higgs est indispensable à une théorie quantique cohérente des champs de force et de matière

Photons, gluons et bosons W et Z véhiculent des interactions entre quarks et leptons (électrons, neutrinos, etc.), les particules de matière. Le boson de Higgs est donc singulier car il n'est ni une particule de matière ni une particule de force. Avec la QCD, le modèle électrofaible de GSW constitue le modèle standard, auquel il manque une théorie quantique de la gravitation.

Le boson de Higgs et le mécanisme de Brout-Englert-Higgs sont nécessaires pour construire une théorie quantique cohérente des champs de forces et de matière dans le modèle standard. Ces champs sont décrits par un « lagrangien ». La construction des équations dans ce lagrangien repose sur des principes de symétrie fondamentaux, ceux de la théorie de la relativité restreinte (groupe de Lorentz et Poincaré) et ceux des équations de Yang-Mills (groupes de jauge et groupes de Lie).

© Futura