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Posté par Isabelle le Mercredi 28/01/2015 à 12:00
CMS précise le portrait du Higgs
Alors que le Grand collisionneur de hadrons (LHC) se prépare à redémarrer dans quelques mois, les données recueillies pendant la première campagne d'exploitation commencent à nous éclairer sur les caractéristiques du Higgs.


Les nouveaux résultats publiés par la collaboration CMS permettent de préciser les propriétés du boson de Higgs (Image: Maximilien Brice/CMS)

Une récente publication de la collaboration CMS permet de faire le point (Graphie), à partir d'une grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre...) de résultats, sur les propriétés du boson (Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés de symétrie particulières lors de l'échange de...) de Higgs. L'article, publié dans The European Physical Journal C (disponible à arXiv :1412.8662) présente ce que les physiciens de CMS ont appris sur la particule à partir des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) acquises entre 2011 et 2012. Si l'on y ajoute un autre article sur le 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 la...) et la parité du boson [arXiv :1411.3441], les résultats dessinent le portrait d'une particule qui, pour le moment, ressemble trait pour trait au boson de Higgs prédit par le Modèle standard.

Le Modèle standard de la physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle aussi physique...) est un cadre théorique qui explique comment les constituants fondamentaux de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et...) interagissent, sous l'influence de quatre forces fondamentales. Élaboré au début des années 1970, il a permis d'expliquer la quasi-totalité des résultats expérimentaux et de prédire avec exactitude une grande variété de phénomènes - et notamment la 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 à la force de gravitation (la masse...) du boson de Higgs.

L'expérience CMS a combiné récemment des mesures issues de différentes désintégrations du Higgs afin d'extraire la mesure de sa masse la plus précise à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du...): 125,02±0,30 GeV, avec une incertitude relative de 0,2 %. Cette incertitude peut être décomposée en un élément systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour objet de dénombrer et de classer les taxons dans un certain ordre, basé sur des...) (±0,15 GeV) et un élément statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de l'application d'une méthode statistique à...) (±0,26 GeV), ce qui ouvre d'excellentes perspectives pour la deuxième période d'exploitation : on aura une mesure de masse encore plus précise, puisque, avec une plus grande quantité de données, l'élément statistique sera réduit.

Le boson de Higgs était la pièce manquante du Modèle standard. Découvert par les expériences CMS et ATLAS en 2012, c'était la dernière particule prédite par le Modèle à être vérifiée expérimentalement. Tous les paramètres étant maintenant contraints par les résultats des expériences, les physiciens peuvent à présent utiliser le Modèle pour réaliser des prédictions encore plus spécifiques. Ainsi, ayant mesuré la masse du boson de Higgs, le Modèle standard permet de réaliser des prédictions non ambiguës sur ce que devraient être les autres propriétés du boson de Higgs. Certaines de ces prédictions, concernant par exemple le spin (zéro), la parité (positive) et la charge électrique (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de conservation.) (neutre) de la particule découlent directement des symétries du Modèle standard. Pour d'autres, par exemple l'intensité 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 contact de...) (ou couplage) du boson de Higgs avec d'autres particules du Modèle standard, les vérifications sont plus difficiles.

Le boson de Higgs se désintègre selon les cas en une multitude de particules différentes, en particulier des photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction...), des bosons Z, des bosons W, des leptons tau, des quarks b et des muons. Étudier la façon dont le Higgs se désintègre en ces particules, et avec quelles probabilités, permettra aux physiciens de compléter le tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) et d'acquérir une meilleure compréhension du Higgs.

Le fait qu'on n'a pas trouvé d'écart significatif par rapport au Modèle standard crée des attentes très élevées pour la deuxième campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés habités, elle s'oppose aux concepts de ville, d'agglomération ou de milieu urbain. La campagne est caractérisée par une faible...) d'exploitation du LHC. Théoriciens et expérimentateurs continueront à travailler ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui...) pour débusquer la moindre irrégularité dans les résultats produits.  Cette irrégularité pourrait être le signe d'un passage permettant de sortir du territoire (La notion de territoire a pris une importance croissante en géographie et notamment en géographie humaine et politique, même si ce concept est utilisé...) du Modèle standard, pour pénétrer en terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...) inconnue, au-delà de ce modèle. La deuxième campagne d'exploitation s'annonce passionnante.

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Source: Cian O'Luanaigh - Copyright CERN