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Le boson de Higgs découvert au LHC pourrait être un imposteur

Et si, en fait, nous n'avions observé qu'une particule se faisant passer pour le boson de Higgs ? Une physicienne est bien déterminée à le savoir.

par Farnia Fekri
08 Février 2017, 10:44am

En 2012, des chercheurs du LHC (Large Hadron Collider), en Suisse, ont découvert une particule présentant tous les traits du boson de Higgs, une particule insaisissable et longtemps restée théorique qui confère une masse à la matière. Mais Usha Mallik, physicienne à l'université de l'Iowa, pense que les chercheurs ont peut-être en réalité découvert un "imposteur" se faisant passer pour le boson de Higgs, et donc que nous n'avons peut-être toujours pas trouvé le fameux boson.

Dans le cadre d'une nouvelle expérience, son équipe va pousser le LHC jusqu'à une puissance record de 14 TeV (ou téraélectronvolts, une unité d'énergie), dans le but de dénicher deux "quarks bottom" - des particules élémentaires censées apparaître quand un boson de Higgs se désintègre. On pense que ces quarks bottom sont créés environ 60% du temps quand un boson de Higgs disparaît, mais un tel modèle n'avait jamais été observé auparavant.

Usha Mallik. Image: Tim Schoon/University of Iowa

"Plus l'énergie est élevée, plus nous nous rapprochons des conditions du Big Bang", explique Mallik. Cela accroîtra également le nombre de collisions par seconde, donnant ainsi aux chercheurs davantage de chances de trouver les fameux quarks bottom. Pour mieux étudier toutes les données, Mallik et ses quatre étudiants vont construire un sous-détecteur extrêmement précis au LHC d'ici 2023.

Situé dans les entrailles du CERN, le LHC sert à de nombreuses expériences, portant autant sur l'antimatière que sur les températures les plus élevées jamais générées par l'homme. Baptisé d'après le physicien Peter Higgs, l'un des scientifiques qui ont postulé son existence dans les années 1960, le boson de Higgs s'inscrit dans le modèle standard de la physique des particules, qui vise à expliquer l'agencement de l'univers.

Selon Cliff Burgess, physicien à l'université McMaster, quand les scientifiques ont observé le boson de Higgs en 2012, ils l'ont vu se désintégrer en bosons et en photons.

"On dit souvent que chercher le boson de Higgs, c'est comme chercher une aiguille dans une meule de foin. En fait, c'est bien pire que ça - c'est comme chercher une aiguille qui se transformerait en foin après 10^-23 secondes", m'a expliqué Burgess par téléphone.

Tant que nous n'aurons pas vu le boson de Higgs se désintégrer en deux quarks bottom, "nous ne saurons pas s'il s'agit du boson de Higgs du modèle standard, ou d'un imposteur", dit Mallik.

L'idée que des particules puissent discrètement se faire passer pour d'autres me fait rire, mais Mallik et Burgess prennent ça très au sérieux. Le fait que le type le plus répandu - théoriquement - de désintégration de Higgs n'ait jamais été observé indique que le boson de Higgs que les chercheurs ont aperçu est peut-être un autre type de boson de Higgs - ou même quelque chose de totalement différent. La réponse à cette question pourrait aider les chercheurs à finalement dépasser le modèle standard, qui a permis d'expliquer une large variété de résultats expérimentaux, mais échoue à expliquer certains mystères de notre univers.

"Il n'explique pas pourquoi la gravité est si incroyablement faible comparée à d'autres forces", dit Mallik. Il n'explique pas non plus l'énergie noire ou la matière noire, qui compose l'essentiel de notre univers, même si les chercheurs ne savent toujours pas ce qu'elles sont réellement. Dans notre univers dominé par la matière, il n'explique pas ce qui est arrivé à l'antimatière, qui aurait du être créée à volume égal lors du Big Bang. À cause de toutes ces questions sans réponse, beaucoup de chercheurs pensent que le modèle standard fait partie d'un schéma plus vaste que nous ne comprenons pas encore, explique Mallik.

Dès lors, si Mallik trouve autre chose que le boson de Higgs observé en 2012, dit-elle, cela risque d'ouvrir une fenêtre permettant de voir au-delà du modèle standard, et de mieux comprendre l'univers. "Désormais, nous voulons savoir ce qu'il y a au-delà le boson de Higgs, affirme-t-elle. Qu'est-ce qui se cache derrière le modèle standard ?"