Boson de Higgs
Le boson de Higgs (ou particule de Higgs) est une particule du modèle standard de la physique. Dans les années 1960, Peter Higgs a été la première personne à suggérer que cette particule pourrait exister. Le 14 mars 2013, les scientifiques du CERN ont confirmé provisoirement qu'ils avaient trouvé une particule de Higgs.
La particule de Higgs est l'une des 17 particules du modèle standard, le modèle de physique qui décrit toutes les particules de base connues. La particule de Higgs est un boson. On pense que les bosons sont des particules qui sont responsables de toutes les forces physiques. Les autres bosons connus sont le photon, les bosons W et Z, et le gluon. Les scientifiques ne savent pas encore comment combiner la gravité avec le modèle standard.
Le champ de Higgs est un champ fondamental d'une importance cruciale pour la théorie de la physique des particules. Contrairement à d'autres champs connus comme le champ électromagnétique, le champ de Higgs prend la même valeur non nulle presque partout. La question de l'existence du champ de Higgs était la dernière partie non vérifiée du modèle standard de la physique des particules et, selon certains, était "le problème central de la physique des particules".
Il est difficile de détecter le boson de Higgs. Le boson de Higgs est très massif par rapport aux autres particules, il ne dure donc pas très longtemps. Il n'y a généralement pas de boson de Higgs dans les environs car il faut beaucoup d'énergie pour en fabriquer un. Le Grand collisionneur de hadrons du CERN a été construit principalement pour cette raison. Il accélère deux groupes de particules à une vitesse proche de celle de la lumière (qui se déplacent dans des directions opposées), avant de les placer sur une trajectoire qui les fera entrer en collision les unes avec les autres.
Chaque collision produit un tourbillon de nouvelles particules qui sont détectées par des détecteurs à l'endroit où elles entrent en collision. Il n'y a encore qu'une très faible chance, une sur 10 milliards, qu'un boson de Higgs apparaisse et soit détecté. Pour trouver les quelques collisions qui présentent des traces du boson de Higgs, le LHC écrase des billions de particules et des superordinateurs passent au crible une énorme quantité de données.
Les bosons de Higgs obéissent à la loi sur la conservation de l'énergie, qui stipule qu'aucune énergie n'est créée ou détruite, mais qu'elle peut être transférée ou changer de forme. Tout d'abord, l'énergie commence dans le boson de jauge qui interagit avec le champ de Higgs. Cette énergie se présente sous la forme d'une énergie cinétique sous forme de mouvement. Une fois que le boson de jauge a interagi avec le champ de Higgs, il ralentit. Ce ralentissement réduit la quantité d'énergie cinétique dans le boson de jauge. Cependant, cette énergie n'est pas détruite. Au lieu de cela, l'énergie du mouvement va dans le champ et est convertie en énergie de masse, qui est l'énergie stockée dans la masse. La masse ainsi créée peut devenir ce que nous appelons un boson de Higgs. La quantité de masse créée provient de la célèbre équation d'Einstein E=mc2, qui stipule que la masse est égale à une grande quantité d'énergie (par exemple, 1 kg de masse équivaut à près de 90 quadrillions de joules d'énergie - la même quantité d'énergie utilisée par le monde entier en environ une heure et quart en 2008). Comme la quantité de masse-énergie créée par le champ de Higgs est égale à la quantité d'énergie cinétique que le boson de jauge a perdue en ralentissant, l'énergie est conservée.
Les bosons de Higgs sont utilisés dans une variété d'histoires de science-fiction. Le physicien Leon Lederman l'a appelé la "particule de Dieu" en 1993.
Une image de synthèse d'une interaction de Higgs
Découverte
Le 12 décembre 2011, les deux équipes du Grand collisionneur de hadrons à la recherche du boson de Higgs, ATLAS et CMS, ont annoncé qu'elles avaient finalement obtenu des résultats qui pouvaient suggérer l'existence du boson de Higgs ; cependant, elles ne savaient pas avec certitude si cela était vrai.
Le 4 juillet 2012, les équipes du Grand collisionneur de hadrons ont déclaré avoir découvert une particule qu'ils pensent être le boson de Higgs.
Le 14 mars 2013, les équipes ont effectué beaucoup plus de tests et ont annoncé qu'elles pensaient désormais que la nouvelle particule était un boson de Higgs.
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que le boson de Higgs ?
R : Le boson de Higgs est une particule du modèle standard de la physique. Il a été suggéré pour la première fois par Peter Higgs dans les années 1960 et son existence a été confirmée par des scientifiques du CERN le 14 mars 2013. Il est l'une des 17 particules du Modèle standard et est un boson, que l'on pense être responsable des forces physiques.
Q : Comment fonctionne le champ de Higgs ?
R : Le champ de Higgs est un champ fondamental qui prend une valeur non nulle presque partout. Il était la dernière partie non vérifiée du modèle standard et son existence était considérée comme "le problème central de la physique des particules". Lorsque les bosons de jauge interagissent avec lui, ils ralentissent et leur énergie cinétique sert à créer une énergie de masse, qui devient ce que nous appelons un boson de Higgs. Ce processus obéit à la loi de conservation de l'énergie, selon laquelle aucune énergie n'est créée ou détruite, mais peut au contraire être transférée ou changer de forme.
Q : Pourquoi est-il difficile de détecter le boson de Higgs ?
R : Le boson de Higgs a une masse très importante par rapport aux autres particules, il ne dure donc pas très longtemps. Il n'y en a généralement pas autour car il faut beaucoup d'énergie pour en fabriquer un. Pour les trouver, les scientifiques utilisent des superordinateurs qui passent au crible des quantités massives de données provenant de trillions de collisions de particules au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN. Même dans ce cas, il n'y a qu'une petite chance (une sur 10 milliards) que la preuve d'un boson de Higgs apparaisse et soit détectée.
Q : Quels sont les autres bosons connus ?
R : Les autres bosons connus sont les photons, les bosons W et Z, et les gluons.
Q : Comment l'équation d'Einstein E=mc2 se rapporte-t-elle à la création d'énergie-masse à partir d'énergie cinétique ?
R : La célèbre équation d'Einstein stipule que la masse est égale à une quantité d'énergie extrêmement importante (par exemple 1 kg = 90 quadrillions de joules). Lorsque l'énergie cinétique des bosons de jauge interagissant avec le champ de Higgs ralentit, cette même quantité d'énergie cinétique sert à créer de l'énergie de masse qui devient ce que nous appelons un boson de Higgs - conservant ainsi l'énergie totale selon les lois de conservation.
Q : Quel rôle jouent les histoires de science-fiction dans la compréhension du fonctionnement des bosons de Higgs ?
R : Les histoires de science-fiction mettent souvent en scène des bosons de Higgs dans le cadre de leur intrigue, mais ces histoires ne fournissent pas nécessairement des informations scientifiques précises sur leur fonctionnement - elles sont plus destinées au divertissement qu'autre chose !
