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Dernières nouvelles du boson de Higgs au Tevatron

ActualitéClassé sous :physique , Tevatron , LEP

Des collision entre faisceaux de protons auront bientôt lieu au LHC. En attendant cet événement, le Tevatron américain conserve son avance sur son concurrent européen. En combinant les résultats des expériences CDF et D0, les chercheurs viennent de consolider la nouvelle bande d'exclusion pour la masse du boson de Higgs. Le LHC fera probablement sa découverte en dessous de 150 GeV.

Les nouvelles bornes pour la masse du boson de Higgs. Les régions grisées sont exclues. Crédit : Fermilab

Le modèle standard combine la théorie des interactions électrofaibles avec la chromodynamique quantique. Il a été remarquablement testé, en particulier par les expériences de collisions d'électrons et de positrons au LEP, avant son démantèlement qui a permis la construction du LHC.

Presque toutes les prédictions du modèle standard ont été vérifiées dans le secteur que l'on appelle électrofaible. Les seules encore non testées sont celles faisant intervenir le boson de Higgs, à l'origine en particulier des masses des particules W et Z, l'équivalent des photons pour les forces nucléaires faibles. Le boson de Higgs doit cependant aussi être à l'origine des masses des particules de matière, comme les électrons et les quarks.

Comme le montrent les équations du modèle standard, il existe plusieurs réactions capables de créer des bosons de Higgs. Ces derniers peuvent aussi se désintégrer en donnant différentes particules. Or, aussi bien les taux de production que les taux de désintégration du boson de Higgs dans ces réactions dépendent de sa masse... dont nous ignorons la valeur.

Cette masse, comme environ 20 autres paramètres du modèle standard, n'a pas d'explication et n'est fixée par aucun mécanisme. De plus, certaines des réactions (on parle de canaux de désintégration) pour le Higgs donnent des produits qui sont plus ou moins faciles à identifier et à extraire du bruit de fond des autres réactions produites par des collisions hadroniques.

Les diagrammes de Feynman des principales réactions qui doivent produire un boson de Higgs lors d'une collision au Tevatron. En haut à gauche deux gluons 'g' fusionnent par l'intermédiaire de la production de quarks et antiquarks top 't' pour donner un boson de Higgs H. En bas, quark (q') et antiquark (q barre) produisent des boson W et Z lesquels donnent un boson de Higgs H. Crédit : Tommaso Dorigo

Les diagrammes de Feynman des principales réactions qui doivent produire un boson de Higgs lors d'une collision au Tevatron. En haut à gauche deux gluons "g" fusionnent par l'intermédiaire de la production de quarks et antiquarks top "t" pour donner un boson de Higgs H. En bas, quark (q') et antiquark (q barre) produisent des boson W et Z lesquels donnent un boson de Higgs H. Crédit : Tommaso Dorigo

On ne sait pas combien il pèse, mais on sait mieux combien il ne pèse pas...

Chercher la « particule de Dieu » (selon la dénomination imagée de Leon Lederman) n'est donc pas une chose facile. Récemment d'ailleurs, on a vu les chercheurs du Fermilab se rétracter sur l'estimation des bornes possibles de la masse du Higgs. Ces mêmes physiciens viennent pourtant aujourd'hui de publier trois articles. Deux sont consacrés aux recherches sur le boson de Higgs avec chacun des détecteurs du Tevatron, les expériences CDF et D0.

Le troisième combine l'ensemble des résultats pour profiter de davantage de statistiques, comme disent les physiciens. Cela revient quelque peu à rassembler les données de deux sondages indépendants dans une population pour affiner l'interprétation et les estimations possibles pour chacun d'eux.

En fonction de la masse du Higgs mH , on peut comparer les taux de réactions de production du boson de Higgs au Tevatron. Les réactions de fusion de deux gluons (courbe violette) dominent celle avec production d'un boson W et d'un boson de Higgs. Toutefois, cette dernière (courbe bleue) est plus facile à extraire du bruit hadronique des collisions et c'est pourquoi elle a été beaucoup plus étudiée au Tevatron par l'expérience CDF. Crédit : Tommaso Dorigo

En fonction de la masse du Higgs mH , on peut comparer les taux de réactions de production du boson de Higgs au Tevatron. Les réactions de fusion de deux gluons (courbe violette) dominent celle avec production d'un boson W et d'un boson de Higgs. Toutefois, cette dernière (courbe bleue) est plus facile à extraire du bruit hadronique des collisions et c'est pourquoi elle a été beaucoup plus étudiée au Tevatron par l'expérience CDF. Crédit : Tommaso Dorigo

Il semble maintenant assez bien établi que la bande de masse comprise entre 162 GeV et 166 GeV soit exclue par les expériences. Une masse inférieure à 114 GeV avait déjà été exclue par les expériences du LEP et si l'on reste strictement dans les limites du modèle standard, une masse supérieure à 186 GeV est désormais exclue par les données du Tevatron. Certaines extensions du modèle standard rendent pourtant possible une masse supérieure mais à l'inverse des théories supersymétriques dernières favorisent un Higgs léger au-dessus de la borne du LEP.

D'après Klaus Mönig, les données publiées par les chercheurs du Tevatron rendent probable que la masse du Higgs se trouve en fait dans une région comprise entre 115 et 150 GeV. Cela veut dire qu'il est difficile de produire et d'observer le Higgs au LHC, d'autant plus que cet instrument ne fonctionnera finalement pas avant quelques années avec l'énergie et la luminosité initialement prévues. Certains pensent donc que l'annonce de la découverte du Higgs pourrait bien être repoussée à 2013, si cette particule existe, bien sûr. Peter Higgs et Stephen Hawking ne sont pas près d'arrêter de ronger leur frein...

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