Mécanisme de Brout-Englert-Higgs-Hagen-Guralnik-Kibble
Le champ de Higgs est un champ d'énergie que l'on pense exister dans toutes les régions de l'univers. Le champ est accompagné d'une particule fondamentale connue sous le nom de boson de Higgs, qui est utilisée par le champ pour interagir en permanence avec d'autres particules, comme l'électron. Les particules qui interagissent avec le champ ont une masse "donnée" et, à l'instar d'un objet qui traverse une mélasse, elles deviennent plus lentes à mesure qu'elles passent à travers le champ. Le fait qu'une particule "gagne" de la masse dans le champ empêche sa capacité à se déplacer à la vitesse de la lumière.
La masse elle-même n'est pas générée par le champ de Higgs ; l'acte de créer de la matière ou de l'énergie à partir de rien violerait les lois de la conservation. La masse est cependant gagnée par les particules via leurs interactions avec le boson de Higgs. Les bosons de Higgs contiennent la masse relative sous forme d'énergie et une fois que le champ a doté une particule autrefois sans masse, la particule en question ralentira car elle est maintenant devenue "lourde".
Si le champ de Higgs n'existait pas, les particules n'auraient pas la masse nécessaire pour s'attirer les unes les autres et flotteraient librement à la vitesse de la lumière. De plus, la gravité n'existerait pas car la masse ne serait pas là pour attirer d'autres masses.
Donner de la masse à un objet est appelé effet Higgs. Cet effet permet de transférer de la masse ou de l'énergie à toute particule qui le traverse. La lumière qui la traverse gagne de l'énergie, et non de la masse, car sa forme d'onde n'a pas de masse, alors que sa forme de particule se déplace constamment à la vitesse de la lumière.
Une image générée par ordinateur d'une interaction de Higgs
L'effet Higgs
L'effet Higgs a été théorisé pour la première fois en 1968 par les auteurs des papiers de rupture de symétrie de la PRL. En 1964, trois équipes ont rédigé des articles scientifiques qui proposaient des approches connexes mais différentes pour expliquer comment la masse pouvait apparaître dans les théories de jauge locale.
En 2013, le boson de Higgs, et implicitement l'effet Higgs, ont été provisoirement prouvés lors du Grand collisionneur de hadrons (et le boson de Higgs a été découvert le 4 juillet 2012). L'effet a été considéré comme la découverte d'une pièce manquante du modèle standard.
Selon la théorie de la jauge (la théorie qui sous-tend le modèle standard), toutes les particules porteuses de force devraient être sans masse. Cependant, les particules porteuses de force qui transmettent la force faible ont une masse. Ceci est dû à l'effet Higgs, qui brise la symétrie SU(2) ; (SU signifie "special unitary", un type de matrice, et 2 fait référence à la taille des matrices impliquées).
La symétrie d'un système est une opération effectuée sur un système, telle que la rotation ou le déplacement, qui laisse le système fondamentalement inchangé. Une symétrie fournit également une règle sur la façon dont une chose doit toujours agir, à moins qu'une force extérieure n'intervienne. Un exemple est le Rubik's Cube. Si nous prenons un Rubik's cube et que nous le brouillons en faisant les mouvements que nous voulons, il est encore possible de le résoudre. Puisque chaque mouvement que nous faisons laisse toujours le Rubik's cube résoluble, nous pouvons dire que ces mouvements sont des "symétries" du Rubik's cube. Ensemble, ils forment ce que nous appelons le groupe de symétrie du Rubik's cube. Le fait d'effectuer l'un de ces mouvements ne change rien au puzzle, le laissant toujours résoluble. Mais nous pouvons briser cette symétrie en faisant quelque chose comme démonter le cube et le remonter d'une manière totalement erronée. Peu importe les mouvements que nous essayons maintenant, il n'est pas possible de résoudre le cube. La "force extérieure" consiste à séparer le cube et à le recoller de la mauvaise manière : Sans cette force extérieure, rien de ce que nous faisons au cube ne le rend insoluble. La symétrie du Rubik's cube est qu'il reste soluble quels que soient les mouvements que nous faisons, tant que nous ne le démontons pas.
Création du boson de Higgs
La manière dont la symétrie de l'UD(2) est rompue est connue sous le nom de "rupture de symétrie spontanée". Spontané signifie aléatoire ou inattendu, Symétries sont les règles qui sont modifiées, et Rupture fait référence au fait que les symétries ne sont plus les mêmes. Le résultat de la rupture spontanée de la symétrie SU(2) peut être un boson de Higgs.
Raison de l'effet Higgs
L'effet Higgs se produit parce que la nature "tend" vers l'état énergétique le plus bas. L'effet de Higgs se produit parce que les bosons de jauge à proximité d'un champ de Higgs voudront être dans leur état d'énergie le plus bas, ce qui briserait au moins une symétrie.
Pour justifier l'attribution d'une masse à une particule prétendument sans masse, les scientifiques ont été contraints de faire quelque chose qui sort de l'ordinaire. Ils ont supposé que les vides (espaces vides) avaient en fait de l'énergie, et que de cette façon, si une particule que nous considérons comme sans masse devait y pénétrer, l'énergie du vide serait transférée à cette particule, lui donnant ainsi une masse. Un mathématicien du nom de Jeffrey Goldstone a prouvé que si vous violez une symétrie (par exemple, une symétrie avec un Rubik's cube serait si vous dites que les coins doivent toujours être tournés 0 ou 3 fois pour pouvoir être résolus (ça marche)), une réaction se produira. Dans le cas du Rubik's cube, le cube deviendra insoluble s'il est violé. Dans le cas du champ de Higgs, on produit un boson Nambu-Goldstone nommé d'après Jeffrey Goldstone (et un autre scientifique qui a travaillé avec lui nommé Yoichiro Nambu). Il s'agit d'une forme excitée ou énergétique du vide, qui peut être représentée graphiquement, révélant ainsi ce qui est montré ci-dessus. C'est Peter Higgs qui l'a expliqué en premier lieu.
Le soi-disant "potentiel de chapeau mexicain".
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que le champ de Higgs ?
R : Le champ de Higgs est un champ d'énergie qui existerait dans toutes les régions de l'univers.
Q : Quelle est la particule fondamentale associée au champ de Higgs ?
R : La particule fondamentale associée au champ de Higgs est le boson de Higgs.
Q : Que se passe-t-il lorsque des particules interagissent avec le champ de Higgs ?
R : Les particules qui interagissent avec le champ de Higgs se voient "attribuer" une masse et deviennent plus lentes lorsqu'elles le traversent.
Q : Le champ de Higgs génère-t-il une masse ?
R : Non, le champ de Higgs ne génère pas de masse. Les particules acquièrent une masse grâce à leurs interactions avec le boson de Higgs.
Q : Quel est le résultat de la prise de masse d'une particule par le champ de Higgs ?
R : Une particule qui gagne de la masse grâce au champ de Higgs ne peut plus voyager à la vitesse de la lumière.
Q : Que se passerait-il si le champ de Higgs n'existait pas ?
R : Si le champ de Higgs n'existait pas, les particules n'auraient pas la masse nécessaire pour s'attirer les unes les autres et flotteraient librement à la vitesse de la lumière.
Q : Qu'est-ce que l'effet Higgs ?
R : L'effet Higgs désigne le processus d'attribution d'une masse à un objet, qui se produit lorsque des particules traversent le champ de Higgs et interagissent avec le boson de Higgs.
