N°268 I SEPTEMBRE-OCTOBRE 2012 L’événement | 7 pas du tout, comme le photon. La solution, élégante, a le mérite de réconcilier théorie et observation. Seulement voilà, à l’époque, personne n’a jamais observé une telle particule. La chasse est donc lancée. EN QUÊTE DU GRAAL Comment dénicher ce boson ? En lançant des particules de haute énergie les unes contre les autres, il doit être possible de le produire (lire l’encadré ci-dessous). D’où l’installation d’accélérateurs de plus en plus puissants aux quatre coins de la planète. Pour aboutir, en 2009, à la mise en service au Cern du LHC, fruit d’une COMMENT DÉBUSQUER LE HIGGS ? Sur les quatre détecteurs du LHC, Atlas et CMS sont les plus impressionnants. Le premier mesure près de 46 mètres de long et 25 mètres de diamètre pour un poids de 7 000 tonnes, tandis que le second, pourtant plus petit, pèse près de 12 500 tonnes ! Ils sont composés de divers appareils À voir sur le journal en ligne : le film La Chasse au boson de Higgs. 01 Collision de deux protons enregistrée par le détecteur CMS. Un boson de Higgs pourrait avoir été produit, comme le révèle la présence de deux photons caractéristiques (traits verts). 02 Le physicien Peter Higgs devant CMS. (calorimètres, trajectographes, etc.) qui mesurent l’énergie et la course des particules issues des collisions de protons. Les scientifiques savent que, en de rares occasions, la collision de deux protons peut engendrer l’apparition d’un boson de Higgs. Boson si évanescent qu’il est impossible de le © CERN 02 collaboration internationale qui a impliqué de nombreuses équipes du CNRS. Mastodonte de 27 kilomètres, cet anneau enterré à 100 mètres sous terre est le plus puissant accélérateur de particules au monde. Des protons ou des ions circulent à contresens et quasiment à la vitesse de la lumière dans deux faisceaux indépendants et se rencontrent en quatre points, ce qui produit les chocs phénoménaux nécessaires, entre autres, à la recherche du boson de Higgs. Aux quatre points de rencontre se trouvent quatre détecteurs où sont menées les expériences Atlas, CMS, LHCb et Alice. Plus d’une vingtaine de laboratoires du CNRS y participent. UNE IDENTITÉ À CONFIRMER C’est au cours des expériences Atlas et CMS, conçues spécialement pour cette recherche, que la nouvelle particule a été observée. Une découverte d’autant plus incontestable que les équipes travaillent indépendamment : la politique du Cern interdit aux scientifiques d’échanger des informations sur leurs expériences respectives. Les deux détecteurs ont révélé l’existence d’une particule d’une masse comprise entre 125 et 126 GeV. « La probabilité pour qu’il s’agisse de bruit de fond est inférieure à une chance sur un million, indique Sandrine Laplace. C’est suffisamment faible pour faire dire qu’il s’agit bien d’une nouvelle particule. » repérer directement. En revanche, il se désintègre en particules qui, elles, peuvent être détectées. Il existe de nombreuses voies de désintégration, mais les deux principales transforment le boson de Higgs en deux photons ou en quatre leptons (électrons et muons). SPIN. Propriété quantique pouvant prendre des valeurs entières pour les bosons (0, 1, 2…) et demi-entières pour les fermions (1/2, 3/2…). Mais est-ce vraiment le boson de Higgs ? « Il est encore trop tôt pour l’affirmer, répond Laurent Serin. Certaines de ses caractéristiques sont bien compatibles avec le Higgs du modèle standard. Mais les mesures devront être affinées. Et il faut étudier d’autres propriétés, son spin par exemple, ou d’autres modes de désintégration. » Et ce n’est pas une mince affaire, vu la rareté des apparitions du Higgs et la masse de données à traiter. « Si les données étaient de la musique, le LHC produirait 600 millions d’années d’écoute, compare Sandrine Laplace. En revanche, nos appareils, tel Atlas, ne sont capables d’enregistrer que quarante ans de musique. Et, dans ces quarante ans, seules quelques minutes peuvent nous révéler la présence du boson de Higgs. » Avec cette découverte, une étape impor tante dans la quête du Higgs a donc été franchie. Mais il faudra encore plusieurs mois, voire plusieurs années, pour établir avec certitude qu’il s’agit bien du boson manquant. Et, même à ce moment-là, le travail du LHC ne s’achèvera pas. Nouvelle physique au-delà du modèle standard, matière noire, antimatière… Les physiciens savent déjà que le boson de Higgs n’est que l’arbre qui cache la forêt des mystères de l’Univers. 1. Unité CNRS/UPMC/Université Paris-Diderot. 2. En physique, masse et énergie sont équivalentes. La masse des particules s’exprime donc en électronvolts, unité de mesure d’énergie. CONTACTS : Laboratoire physique nucléaire et hautes énergies, Paris Sandrine Laplace > laplace@lpnhe.in2p3.fr Institut national de physique nucléaire et de physique des particules, Paris Laurent Serin >lserin@admin.in2p3.fr