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Posté par Adrien le Jeudi 22/03/2018 à 00:00
Du nouveau sur le Higgs à la conférence de Moriond
Près de six ans après sa découverte par les expériences ATLAS et CMS auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, le boson de Higgs reste sous les feux de l'actualité dans les conférences de physique des particules. Lors des 53e Rencontres de Moriond, qui ont eu lieu du 10 au 24 mars 2018 à La Thuile, en Val d'Aoste, en Italie, ATLAS et CMS ont présenté une série de nouvelles mesures des propriétés du boson (Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés de symétrie particulières lors de l'échange de...) 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 base.) associé au champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de Brout-Englert-Higgs. Ces résultats sont le produit de l'examen des données issues des collisions proton-proton à une énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) de 13 TeV, réalisées au LHC en 2015 et 2016. Les ensembles de données utilisés par ATLAS et CMS contiennent chacun environ deux millions de bosons de Higgs, dont environ 10 000 étaient accessibles pour les détecteurs.


Événements de collision* enregistrés par ATLAS (à gauche) et par CMS (à droite), présentant les caractéristiques d'un Higgs produit dans les collisions proton-proton à 13 TeV (Image: à gauche - ATLAS/CERN, à droite - Tom McCauley/CMS/CERN)

Dans la mesure où toutes les particules élémentaires reçoivent leur 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...) par des interactions avec le champ de Brout-Englert-Higgs, étudier comment ces particules interagissent avec le boson de Higgs (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...) lui-même est de la plus haute importance. CMS et ATLAS ont étudié les différents processus de production des bosons de Higgs dans les collisions proton-proton et les différentes transformations subies ultérieurement. Leurs observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré...) expérimentales ont présenté une bonne concordance avec les prédictions théoriques du 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 des...).

Quand un boson de Higgs - particule lourde et instable - est produit dans des interactions entre protons, il se transforme presque instantanément en particules plus légères et plus stables ; ces transformations peuvent faire intervenir des particules intermédiaires. Chaque mode de transformation est appelé " canal de désintégration ". Cependant, ces particules plus légères peuvent également avoir été produites par des processus connus et bien compris, qui constituent le bruit de fond (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la...) sur lequel on 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 métonymique, la recherche scientifique désigne...) des particules plus rares comme le boson de Higgs. Les détecteurs tels qu'ATLAS et CMS sont conçus pour identifier les produits finaux de ces désintégrations, utiliser cette information pour déterminer la particule source, produite lors des collisions, et distinguer le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la...) correspondant à cette particule source par rapport au bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) de fond des processus connus.

Les nouvelles données permettent aux physiciens d'examiner certains canaux de désintégration d'encore plus près, afin de mieux comprendre les lois fondamentales de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) et de chercher des signes de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) au-delà du Modèle standard. Pour cela, une voie de recherche possible consiste à s'efforcer de trouver de subtils écarts par rapport aux prédictions théoriques ; ces écarts pourraient s'expliquer, par exemple, par la présence invisible de particules de matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet des galaxies....). Pour rechercher de tels écarts, les physiciens s'attachent à deux paramètres pour les différents canaux de désintégration. Le premier est la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des...) qu'une particule lourde donnée (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,...) se désintègre en suivant un canal déterminé, plutôt qu'un autre. Ainsi, par exemple, un cinquième environ des bosons de Higgs se transforment en une paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts a et b, et il s'écrit alors :) de bosons W. Le deuxième paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) est le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) même de bosons de Higgs produits dans certaines interactions entre protons ; ce paramètre est déterminé par l'étude de propriétés telles que l'impulsion et l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) de vol des particules détectées ou par l'étude de cas où des particules supplémentaires sont produites en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) que le boson de Higgs.

S'agissant de ces deux paramètres, ATLAS a présenté un résultat important pour deux modes de production particuliers, dont chacun concerne des désintégrations en paires de bosons W. Le nombre de bosons de Higgs comptés par ATLAS issus de ces deux modes particuliers présente une bonne conformité avec le nombre attendu d'après le Modèle standard. ATLAS a combiné ces données avec celles des deux canaux de désintégration du Higgs les plus " nets " (désintégration en paires de photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules...) et en paires de bosons Z) et a mesuré avec une précision inédite les variations des taux de production du Higgs dans ces canaux, en mettant ceux-ci en regard de propriétés telles que l'impulsion de produits de désintégration finaux. De plus, ATLAS a présenté des résultats concernant la recherche de désintégrations de bosons de Higgs en particules hors Modèle standard - par exemple les bosons Z " sombres " - qui pourraient annoncer la découverte de particules de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) noire. Aucun indice de désintégration en bosons Z " sombres " n'a été trouvé dans les données actuelles.

De même, CMS a examiné cinq canaux de désintégration importants (à savoir la transformation du boson de Higgs en paires de bosons W, de bosons Z, de photons, de leptons tau (?) ou de quarks b), et a comparé les taux de production et les probabilités de désintégration suivant certains canaux aux prédictions du Modèle standard. CMS a obtenu un résultat d'environ 17 % supérieur aux prédictions, ce qui est compatible avec le Modèle standard, mais ne concorde (Le Concorde est un avion de transport supersonique construit par l’association de Sud-Aviation (devenue par la suite l’Aérospatiale après sa fusion avec Nord-Aviation et la SEREB) et de la British Aircraft...) pas parfaitement avec celui-ci ; il faudra examiner ces données de plus près et les compléter par des données supplémentaires avant de pouvoir tirer des conclusions. CMS a également effectué une recherche des désintégrations de Higgs produisant une matière " invisible ", mais n'a trouvé aucun indice de tels processus au niveau de sensibilité actuel des détecteurs.

Les deux expériences présentent des indices forts de cas où un boson de Higgs est produit en même temps qu'une paire de quarks top. L'étude de ces cas permet d'observer les interactions entre les deux particules élémentaires les plus lourdes connues 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 Soleil éclairent le ciel. Son...).

ATLAS et CMS ont également mesuré la masse du boson de Higgs avec une précision améliorée dans une mesure allant jusqu'à 12 %, en tirant parti du progrès des techniques d'analyse ainsi que d'ensembles de données plus volumineux, grâce à la performance exceptionnelle du LHC ces dernières années. Leurs mesures de la masse du Higgs sont respectivement 124,98 ± 0,28 GeV et 125,26 ± 0,21 GeV.

D'autres résultats provenant d'ATLAS et de CMS, ainsi que des présentations faites par ALICE et LHCb sont présentés sur les sites web de la conférence de Moriond : Electroweak physics et QCD physics. Les expériences du LHC préparent actuellement les détecteurs en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) des premières collisions de 2018, attendues en avril.

*Voir les images haute résolution d'ATLAS (http://cds.cern.ch/record/2309698) et CMS (https://cds.cern.ch/record/2210658).

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Source: Achintya Rao - Copyright CERN
 
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