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Boson de Higgs et LHC : quoi de nouveau ?

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Les collaborations Atlas et CMS viennent de publier officiellement les articles annonçant la découverte d'un nouveau boson d'une masse de 126 GeV au LHC. Il est fort probable qu'il s'agisse du boson de Higgs. Autre nouvelle : les collisions de protons se poursuivront jusqu'en décembre 2012.

Des protons entrent en collision dans le détecteur CMS à 8 TeV, formant des bosons Z qui se désintègrent en électrons (lignes vertes) et en muons (lignes rouges). Un tel événement est compatible avec la désintégration d'un boson de Higgs du modèle standard. © CMS

Très logiquement, après l'annonce de la découverte d'un nouveau boson inconnu faite le 4 juillet 2012 au Cern, lors d'une conférence en présence de Peter Higgs, François Englert et d'autres découvreurs du mécanisme de Brout-Englert-Higgs, les collaborations Atlas et CMS ont déposé sur arxiv des articles techniques sur cette nouvelle particule. La découverte peut donc être qualifiée d'officielle dès à présent.

Est-ce vraiment le boson de Higgs ? On l'ignore encore. Il pourrait être une particule issue d'une physique au-delà du modèle standard, mimant les propriétés du Higgs. Mais si tel est le cas, la majorité des physiciens des hautes énergies espèrent sans aucun doute qu'il ne s'agit pas exactement du Higgs du modèle de Glashow-Salam-Weinberg, mais d'un des cinq bosons de Higgs des extensions supersymétriques du modèle standard de la physique des particules. Car, dans le cas contraire, cela pourrait signifier qu'il faudrait perdre tout espoir de comprendre en laboratoire sur Terre ce que sont la matière noire et l'énergie noire par exemple.

Peter Higgs devant les équations décrivant sa théorie de la brisure de symétrie donnant une masse à des bosons de jauge. Le champ de Higgs donne aussi une masse aux quarks et leptons mais pas aux protons et neutrons. © Peter Tuffy, The University of Edinburgh

La quête d'une nouvelle physique avec le boson de Higgs

Fait certain : les membres de la collaboration Atlas ont affiné encore leurs analyses des données et affirment maintenant que le signal observé est au-dessus du bruit de fond avec une signification de 5,9 sigma. Cela implique que dans ce détecteur géant, il n'y a qu'une très très faible chance que des fluctuations aléatoires aient engendré l'apparence d'un signal correspondant au boson de Higgs standard. Les membres de la collaboration CMS confirment, eux, avoir un signal avec une signification de 5 sigma. Au final, selon le Cern, il n'y aurait donc qu'une chance sur 550 millions pour que l'on soit en présence d'une fausse découverte.


Une vidéo de présentation du détecteur Atlas en projet, au début des années 2000. La découverte du boson de Higgs espérée à ce moment est très probablement devenue une réalité. © 2002 Cern, YouTube

Il reste beaucoup de travail à faire, et surtout des données supplémentaires à collecter dans les collisions pour confirmer que l'on est bien en présence du boson associé à un ou des champs de Higgs. Pour disposer de résultats solides avant la fermeture temporaire du LHC (programmée afin de lui permettre de réaliser des collisions à 14 TeV d'ici 2015 avec une luminosité accrue), il a été décidé que les collisions de protons se poursuivront pendant 7 semaines supplémentaires, c'est-à-dire jusqu'en décembre 2012. On souhaite ainsi atteindre un total de 2.000 millions de millions de collisions proton-proton.

Espérons que l'on aura alors, comme cadeau de Noël, la confirmation de l'existence d'un boson de Higgs non standard, pointant du doigt celle de particules de matière noire.

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