Peter Tucker
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Nous connaissons et aimons tous le boson de Higgs - qui, au grand dam des physiciens, a été étiqueté par erreur dans les médias comme la «particule de Dieu» - une particule subatomique repérée pour la première fois dans le Grand collisionneur de hadrons (LHC) en 2012. Cette particule est une pièce d'un champ qui imprègne tout l'espace-temps; il interagit avec de nombreuses particules, comme les électrons et les quarks, fournissant à ces particules une masse, ce qui est plutôt cool.
Mais le Higgs que nous avons repéré était étonnamment léger. Selon nos meilleures estimations, il aurait dû être beaucoup plus lourd. Cela ouvre une question intéressante: bien sûr, nous avons repéré un boson de Higgs, mais était-ce le seul boson de Higgs? Y en a-t-il d'autres qui flottent là-bas pour faire leurs propres?
Bien que nous n'ayons pas encore de preuves d'un Higgs plus lourd, une équipe de chercheurs basée au LHC, le plus grand smasher d'atomes du monde, se penche sur cette question au moment où nous parlons. Et on dit que lorsque les protons sont écrasés ensemble à l'intérieur du collisionneur en forme d'anneau, de lourdes particules de Higgs et même de Higgs composées de divers types de Higgs pourraient sortir de leur cachette. [Au-delà de Higgs: 5 particules insaisissables qui peuvent se cacher dans l'univers]
Si le Higgs lourd existe effectivement, alors nous devons reconfigurer notre compréhension du modèle standard de la physique des particules avec la nouvelle prise de conscience qu'il y a beaucoup plus à Higgs qu'il n'y paraît. Et dans ces interactions complexes, il pourrait y avoir un indice sur tout, de la masse de la particule de neutrino fantomatique au destin ultime de l'univers..
Tout sur le boson
Sans le boson de Higgs, à peu près tout le modèle standard s'écroule. Mais pour parler du boson de Higgs, il faut d'abord comprendre comment le modèle standard voit l'univers.
Dans notre meilleure conception du monde subatomique en utilisant le modèle standard, ce que nous considérons comme des particules n'est pas vraiment très important. Au lieu de cela, il y a des champs. Ces champs imprègnent et absorbent tout l'espace et le temps. Il existe un champ pour chaque type de particule. Donc, il y a un champ pour les électrons, un champ pour les photons, et ainsi de suite. Ce que vous considérez comme des particules, ce sont vraiment de petites vibrations locales dans leurs champs particuliers. Et lorsque les particules interagissent (par exemple, en rebondissant les unes sur les autres), ce sont vraiment les vibrations dans les champs qui font une danse très compliquée. [Les 12 objets les plus étranges de l'univers]
Le boson de Higgs a un type particulier de champ. Comme les autres domaines, il imprègne tout l'espace et le temps, et il peut également parler et jouer avec les domaines de tout le monde.
Mais le domaine de Higgs a deux tâches très importantes à faire qui ne peuvent être réalisées par aucun autre domaine.
Son premier travail est de parler aux bosons W et Z (via leurs champs respectifs), porteurs de la force nucléaire faible. En parlant à ces autres bosons, le Higgs est capable de leur donner de la masse et de s'assurer qu'ils restent séparés des photons, porteurs de la force électromagnétique. Sans l'interférence de fonctionnement du boson de Higgs, tous ces porteurs seraient fusionnés et ces deux forces fusionneraient ensemble.
L'autre travail du boson de Higgs est de parler à d'autres particules, comme les électrons; à travers ces conversations, cela leur donne aussi de la masse. Tout cela fonctionne bien, car nous n'avons pas d'autre moyen d'expliquer les masses de ces particules.
Léger et lourd
Tout cela a été résolu dans les années 1960 grâce à une série de mathématiques compliquées mais assurément élégantes, mais il n'y a qu'un petit accroc à la théorie: il n'y a pas de moyen réel de prédire la masse exacte du boson de Higgs. En d'autres termes, lorsque vous cherchez la particule (qui est la petite vibration locale du champ beaucoup plus grand) dans un collisionneur de particules, vous ne savez pas exactement quoi et où vous allez la trouver. [Les 11 plus belles équations mathématiques]
En 2012, des scientifiques du LHC ont annoncé la découverte du boson de Higgs après avoir découvert que quelques-unes des particules qui représentent le champ de Higgs avaient été produites lorsque des protons se sont écrasés à une vitesse proche de la lumière. Ces particules avaient une masse de 125 gigaélectronvolts (GeV), soit environ l'équivalent de 125 protons - donc c'est un peu lourd mais pas incroyablement énorme.
À première vue, tout cela sonne bien. Les physiciens n'avaient pas vraiment de prédiction ferme pour la masse du boson de Higgs, donc cela pouvait être ce qu'il voulait être; nous avons trouvé la masse dans la plage d'énergie du LHC. Éclatez le pétillant et commençons à célébrer.
Sauf qu'il existe des demi-prédictions hésitantes, en quelque sorte, sur la masse du boson de Higgs en fonction de la façon dont il interagit avec une autre particule, le quark top. Ces calculs prédisent un nombre bien supérieur à 125 GeV. Il se pourrait simplement que ces prédictions soient fausses, mais nous devons ensuite revenir aux mathématiques et déterminer où les choses se détraquent. Ou le décalage entre les prévisions générales et la réalité de ce qui a été trouvé à l'intérieur du LHC pourrait signifier qu'il y a plus dans l'histoire du boson de Higgs.
Énormes Higgs
Il pourrait très bien y avoir toute une pléthore de bosons de Higgs qui sont trop lourds pour que nous puissions les voir avec notre génération actuelle de collisionneurs de particules. (La chose masse-énergie remonte à la célèbre équation E = mc ^ 2 d'Einstein, qui montre que l'énergie est la masse et la masse est l'énergie. Plus la masse d'une particule est élevée, plus elle a d'énergie et plus il faut d'énergie pour créer cette masse chose.)
En fait, certaines théories spéculatives qui poussent nos connaissances de la physique au-delà du modèle standard prédisent l'existence de ces lourds bosons de Higgs. La nature exacte de ces caractères de Higgs supplémentaires dépend de la théorie, bien sûr, allant de simplement un ou deux champs de Higgs extra-lourds à des structures même composites constituées de plusieurs types différents de bosons de Higgs collés ensemble..
Les théoriciens travaillent d'arrache-pied pour essayer de trouver un moyen possible de tester ces théories, car la plupart d'entre elles sont simplement inaccessibles aux expériences actuelles. Dans un article récent soumis au Journal of High Energy Physics, et publié en ligne dans le journal préimprimé arXiv, une équipe de physiciens a avancé une proposition visant à rechercher l'existence de plus de bosons de Higgs, sur la base de la manière particulière dont les particules pourraient se désintégrer en des particules plus légères et plus facilement reconnaissables, telles que les électrons, les neutrinos et les photons. Cependant, ces désintégrations sont extrêmement rares, de sorte que si nous pouvons en principe les trouver avec le LHC, il faudra encore de nombreuses années de recherche pour collecter suffisamment de données..
Quand il s'agit du lourd Higgs, nous allons juste devoir être patient.
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