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.
