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Boson de Higgs

Introduction

Boson de Higgs
Propriétés générales
Classification Boson
Composition Élémentaire
Groupe Champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de Higgs
Propriétés physiques
Masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps...) Au moins 115 GeV⋅c-2
Charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice...) électrique 0 C
Spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au même titre que sa masse et sa charge électrique. Comme...) 0
Durée de vie (La vie est le nom donné :)  ?
Historique
Prédiction François Englert, Robert Brout, Peter Higgs, Gerry Guralnik, C.R. Hagen, Tom Kibble 1964
2010 J.J. Sakurai Prix - Kibble, Guralnik, Hagen, Englert, and Brout
Découverte Hypothétique

Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l'existence a été proposée en 1964 par Gerry Guralnik, C.R. Hagen, et Tom Kibble; Robert Brout et François Englert (et nommé « boson scalaire (Un vrai scalaire est un nombre qui est indépendant du choix de la base choisie pour exprimer les vecteurs, par opposition à un pseudoscalaire, qui est un nombre qui peut dépendre de la...) massif » par ceux-ci) ainsi que par Peter Higgs pour expliquer la brisure de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en...) unifiée électrofaible en deux interactions par l'intermédiaire du mécanisme de Higgs. Il serait aussi le quantum (En physique, un quantum (mot latin signifiant « combien » et qui s'écrit « quanta » au pluriel) représente la plus petite mesure indivisible,...) du champ de Higgs.

Le boson (Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés de symétrie particulières lors de l'échange de...) de Higgs aurait donné une masse non nulle à certains bosons de jauge ( En tant qu'instrument de mesure : Une jauge est un instrument de mesure. On trouve par exemple : La jauge de contrainte, traduisant un effort mécanique en résistance électrique, La jauge...) (bosons W et boson Z) de l'interaction électrofaible leur conférant des propriétés différentes de celles du boson de l'électromagnétisme, le photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement...).

L'expérience déterminante sera celle qui permettra de produire un champ de Higgs, ou son équivalent quantique, le boson de Higgs. Sa découverte sera une confirmation du modèle standard qui le prédit et dont la cohérence dépend de son existence. Le boson de Higgs n'apparaîtrait qu'à des énergies supérieures ou égales à 115 GeV et on a pensé un temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) qu'il avait été mis en évidence au LEP en 2000. Cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) a été peu convaincante : la significativité statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de...) était trop faible. Néanmoins, si on le découvre, ceci permettrait de vérifier les concepts d'unification (Le concept d'unification est une notion centrale de la logique des prédicats ainsi que d'autres systèmes de logique et est sans doute ce...) et de les étendre à un domaine d'énergie plus élevé. Actuellement la limite inférieure de la masse du boson de Higgs est de 114,4 GeV⋅c-2 (à 95 % C.L., c'est-à-dire 95 % de l'intervalle de confiance). Au-dessous de cette valeur, il n'y a eu aucune découverte statistiquement valable.

Une des voies possibles de formation d'un boson de Higgs neutre à partir de 2 quarks et l'échange de bosons électrofaibles

Le LHC, qui remplace le LEP et est opérationnel depuis le 10 septembre 2008, fera de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) du boson de Higgs l'une de ses priorités : s'il existe, il devrait être possible de l'observer (à plus de 99 % C.L.) en moins de 5 ans, quelle que soit sa masse (jusqu'à environ 800 GeV⋅c-2). Le LHC ou le Tevatron (collisionneur proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive.) antiproton) pourraient découvrir un boson de Higgs qui satisfasse au modèle standard ou 5 bosons de Higgs (trois neutres et deux portant des charges électriques) selon la prédiction du modèle supersymétrique.

Le boson de Higgs et l'origine de la masse

Quel mécanisme, dans la théorie électrofaible, génère la masse des bosons W+, W- et Z° ? Pourquoi le photon n'acquiert-il pas de masse ? Les masses des fermions sont-elles reliées à ce mécanisme ? Pourquoi les masses des quarks sont-elles si différentes les unes des autres ? Pour tenter de répondre à ces questions, on introduit la notion de symétrie, et de sa brisure, dans la théorie électrofaible. Les régularités dans le comportement des particules sont appelées symétries et elles sont étroitement reliées aux lois de conservation. La symétrie est aussi reliée au concept de l'invariance : si un changement effectué dans un système physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne...) ne produit aucun effet observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire obtenir la valeur ou un intervalle de valeurs d'un paramètre...), le système est dit invariant au changement, impliquant une symétrie (voir théorème de Noether).

L'unification électrofaible est fondée sur le concept que les forces sont générées par l'échange de bosons. Lorsqu'on dit qu'il existe une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une...) entre deux fermions (spin 1/2), c'est aussi dire qu'ils sont en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes)...) d'échanger des bosons. Il faut maintenant comprendre comment les bosons transmetteurs des forces fondamentales acquièrent une masse. Dans le cas de l'unification électrofaible, comment les bosons W± et Z° acquièrent-ils une masse alors que ce n'est pas le cas pour le photon ?

Les symétries de jauge requièrent que les transmetteurs de force (bosons de jauge) soient de masse nulle. Pour contourner le problème de la masse des bosons, Salam, Glashow et Weinberg ont dû inventer un mécanisme pour briser la symétrie de jauge permettant aux W± et Z° d'acquérir une masse. De tels mécanismes avaient été développés dans d'autres contextes par divers théoriciens : Yoshiro Nambu, Jeffrey Goldstone, Sheldon Glashow (Pr. Sheldon Lee Glashow, Ph. D., Hon. D. Sc. (né le 5 décembre 1932, New York) est un physicien états-unien, reconnu principalement pour ses...), Peter Higgs et Phillip Anderson. L'idée est de postuler l'existence d'un nouveau champ, qu'on surnomme champ de Higgs.

Le champ de Higgs est différent des autres champs puisqu'à basse température (énergie), l'espace « préfère » être rempli de particules de Higgs que de ne pas l'être. Les bosons W± et Z° interagissent avec ce champ (contrairement au photon), et avancent à travers l'espace comme s'ils se mouvaient dans une « mélasse » épaisse. De cette manière, ils acquièrent une masse effective. A haute température (énergie), les interactions dans le champ de Higgs sont telles que l'espace n'est plus rempli de cette mélasse Higgsienne, les W± et Z° perdent leur masse et la symétrie entre les W± , Z° et le photon n'est plus brisée, elle est restaurée. On dit qu'elle est manifeste.

Le champ de Higgs permet de préserver la symétrie à haute énergie et d'expliquer la brisure de la symétrie à basse énergie. Il est responsable de la masse des bosons électrofaibles, mais interagit aussi avec les fermions (quarks et leptons). Ils acquièrent ainsi une masse. Les plus légers sont les neutrinos (jusqu'à récemment, nous les croyions de masse nulle), vient ensuite l'électron avec une masse de 0,511 MeV⋅c-2. Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en haut de l'échelle vient le quark (Les quarks sont des fermions que la théorie du modèle standard décrit, en compagnie de la famille des leptons, comme les constituants élémentaires de la matière.) top, qui est de loin la particule élémentaire la plus lourde avec ses 175 GeV⋅c-2.

Les particules (bosons, fermions) acquièrent une masse à cause du champ de Higgs, mais pourquoi chaque particule acquiert-elle une masse différente, ou n'acquiert-elle pas de masse du tout comme dans le cas du photon ? Pourquoi la force de l'affinité des particules avec le champ de Higgs, ce qu'on appelle le couplage, est-elle si différente d'une particule à l'autre, et donc comment expliquer cette hiérarchie des masses ? Aujourd'hui, on ne connait pas les réponses à ces questions.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0. Vous pouvez soumettre une modification à cette définition sur cette page.

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