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Nouvelle évaluation de la masse du boson de Higgs : détection imminente ?

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La nouvelle est d'importance ! Selon les physiciens des particules du Fermilab, la masse du boson de Higgs, la particule mythique responsable des masses de toutes les particules de l'Univers, serait plus légère qu'on ne le pensait. Un résultat qui découle de la mesure la plus précise au monde de la masse du W, le boson vecteur des interactions nucléaires faibles.

Les particules du Modèle standard électrofaible : Crédit Fermilab.

Les particules du Modèle standard électrofaible : Crédit Fermilab.

Les chercheurs du Fermilab s'étaient déjà fait un nom en 1995 en détectant le quark top et ils pourraient bien aller plus loin dans un proche avenir avec la détection du Higgs. Une équipe travaillant avec le CDF (Collider Detector at Fermilab), le détecteur chargé d'analyser les collisions proton - anti proton du Tevatron, vient en effet d'obtenir la meilleure détermination au monde de la masse du W : 80,413 GeV +/- 48 MeV soit une précision époustouflante de 0,06 % !

Cette mesure, obtenue avec le plus puissant collisionneur du monde, détrône donc celle faite en 2000 avec le détecteur ALEPH du CERN. Celui-ci était chargé d'analyser les collisions électrons-positrons produites par le LEP. On comprendra mieux la performance si l'on se rappelle qu'ici, le signal expérimental est beaucoup plus « sale » qu'au LEP. Il faut en effet détecter quelques bosons W seulement noyés dans le flux de centaines d'autres particules produites. Cela demande une compréhension fine de toutes les réactions possibles et leurs effets sur les détecteurs, afin de soustraire des données tout ce qui n'est pas intéressant.

Dans le cadre du Modèle Standard des interactions électrofaibles, la masse du boson W, celle du boson de Higgs et la masse du quark top sont reliées. Si l'on connaît la masse de deux d'entre elles, on détermine automatiquement la troisième.

C'est ce que l'on peut voir sur le diagramme suivant, représentant la masse Mh du Higgs en fonction de la masse du quark top en abscisse et de celle du boson W en ordonnée. Inversement, les diagonales indiquent la masse de ces derniers si l'on connaît celle du Higgs, par exemple Mh= 114, 300 et 1000 GeV. Pour des raisons théoriques, et à cause de mesures expérimentales précédentes, comme celle du LEP à Genève, la masse du boson de Higgs doit se trouver à l'intérieur de la bande verte.

Espace des masses du boson W et du quark Top : Credit Fermilab

Espace des masses du boson W et du quark Top : Credit Fermilab

Or, d'après les derniers résultats de CDF, la masse du boson W est plus élevée que ce que l'on pensait. Comme celle du quark top est elle aussi connue avec une bonne précision, cela implique que la masse du Higgs doit se trouver dans la région déterminée par l'ellipse bleue, à l'intersection de la bande verte même. Compte tenu des incertitudes, il faut bien voir qu'elle pourrait tout à fait être à l'extérieur mais les estimations montrent que cela est moins probable. Dans le langage des statisticiens, cette région indique là où doivent se trouver les trois masses avec un intervalle de confiance de 68% . Précédemment, les dernières mesures de la phase II du LEP localisaient celles-ci à l'intérieur de l'ellipse rouge. Le boson de Higgs serait donc bien, plus léger que prévu. C'est une bonne nouvelle pour la physique et surtout les physiciens du Tevatron mais une moins bonne pour ceux du LHC.

Pourquoi ? Tout simplement parce il est maintenant plus probable de découvrir le Higgs avec le Tevatron avant le LHC, ça pourrait même arriver avant la fin de l'année 2007 !

Les perspectives ne s'arrêtent pas là. La mesure de la masse du W n'est qu'un aspect de la collection de données faite à partir des détecteurs CDF et D0 ! Celles-ci sont de plus en plus nombreuses et arrivent à un rythme sans cesse plus rapide, ce qui veut dire que des signatures possibles des particules de la matière noire ou même de dimensions spatiales supplémentaires pourraient être détectées là aussi cette année !

Selon Pier Oddone, le directeur du Fermilab «  Nos expérimentateurs sont maintenant en position de chercher les phénomènes les plus rares et les plus étonnants prédits par les théoriciens. C'est une période très excitante ! »

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