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Sciences

Boson de Higgs: il se désintègre bien en quarks bottom

31-08-2018

Le boson de Higgs se désintègre dans près de 60% des cas en une paire de quarks b (cônes bleus). Image: ATLAS/CERN

Six ans après sa découverte, le boson de Higgs refait parler de lui. Les chercheurs de l’expérience ATLAS, au Centre Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN), ont finalement réussi à observer la désintégration du Higgs en une paire de quarks bottom. Ça ne vous fait ni chaud ni froid? On vous explique en quoi c’est intéressant.

Rappel sur le boson de Higgs

Cette particule était un peu le graal de la physique: jusqu’à l’été 2012, c’était la seule pièce manquante du modèle théorique standard, un modèle utilisé depuis les années 1960 pour décrire l’Univers. Sans ce fameux boson, la théorie ne tenait pas, car elle n’expliquait pas, notamment, comment les particules pouvaient avoir une masse. Plutôt que de jeter le modèle standard à la poubelle, plusieurs chercheurs, dont l’Écossais Peter Higgs et les Belges François Englert et Robert Brout, ont décidé en 1964 d’en colmater la brèche. Leur idée? «Inventer» un curieux mécanisme, le champ de Higgs, qui permettrait à ces particules sans masse d’en acquérir une. Une sorte de champ de force, un peu comme le champ gravitationnel, qui serait présent partout autour de nous. «Le champ de Higgs peut être comparé à de la mélasse étalée dans l’Univers. Les particules de matière sont ralenties par cette mélasse, ce qui donne l’impression qu’elles ont une masse», résumait en 2012 Yves Sirois, physicien au CERN.

Pour en savoir plus: L’heure de vérité pour le boson de Higgs

Comment a-t-on découvert le boson de Higgs?

Après 50 ans de recherche, les physiciens du CERN ont finalement annoncé l’existence du boson en 2012. Mais impossible de « photographier » le Higgs directement dans les détecteurs du Grand collisionneur de hadrons (LHC). Il est trop instable: à peine créé, il se désintègre en d’autres particules plus stables, comme des photons ou des bosons W.

Pour prouver son existence, les physiciens « repèrent » donc les produits de sa désintégration. «Lorsqu’on met une pièce de 1 $ dans une machine pour obtenir de la monnaie, on peut se retrouver avec 4 pièces de 25 ¢, ou 10 pièces de 10 ¢. Pour le Higgs, c’est pareil. On sait qu’il peut se désintégrer en différentes “associations” de particules, appelées canaux de désintégration», indiquait alors Pauline Gagnon. C’est cette «monnaie» que les chercheurs voient dans les détecteurs, après avoir généré des bosons de Higgs.

Diagramme résumant la façon dont le boson de Higgs se désintègre en diverses combinaisons de particules plus légères. Image: CERN

Que viennent de découvrir les physiciens?

La théorie prédit que le boson de Higgs se désintègre, dans 60% des cas, en paire de quarks bottom (ou quarks b). Or, jusqu’ici, impossible de repérer ces fameux quarks issus de « l’explosion » d’un Higgs!

En effet, beaucoup de phénomènes physiques produisent des quarks b, et il n’est pas simple d’isoler ceux qui découlent directement de la désintégration d’un Higgs.  Il aura fallu accumuler 6 ans de données pour y parvenir.

L’équipe ATLAS a donc enfin observé les quatre canaux de désintégration principaux du boson de Higgs, deux d’entre eux n’ayant été repérés que cette année. Il en reste toutefois à observer (correspondant à 10% des désintégrations).

En quoi est-ce important?

Cette découverte permet de mieux caractériser le boson de Higgs, de confirmer que ses propriétés réelles « collent » à celles prédites par la théorie. Mais elle est somme toute un peu décevante, car les physiciens espèrent trouver une faille, une anomalie, dans le modèle standard.

Le boson de Higgs pouvant se désintégrer de plusieurs façons, les physiciens espèrent que la fréquence de certains de ces canaux de désintégra­tion sera un peu différente de la théorie. Ce qui suggérerait que le Higgs peut aussi «éclater» en produisant des particules dites exotiques, ouvrant la porte à la découverte de la matière noire, par exemple. Jusqu’ici, toutefois, rien de surprenant n’a surgi…

Pour relire nos articles sur le boson de Higgs et sa découverte:

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