Le boson de Higgs résiste encore...

Les derniers résultats sur la recherche du boson de Higgs et d'une nouvelle physique au-delà du Modèle standard ont été présentés lors de la conférence internationale annuelle sur la physique électrofaible et les théories unifiées, ou Rencontres de Moriond, qui s'est tenue du 3 au 10 mars 2012 à La Thuile en Italie.

Ainsi, les expériences CDF et D0 auprès du collisionneur Tevatron du Fermilab privilégient un intervalle de masse du boson de Higgs qui est en accord avec celui obtenu récemment par les expériences Atlas et CMS auprès du LHC. La collaboration LHCb a quant à elle présenté des mesures de grande précision qui imposent à ce jour une des limites les plus strictes à la validité du Modèle standard de la physique des particules, sans pour autant le mettre en défaut. Les équipes du CNRS/IN2P3 ont joué un rôle de premier plan dans ces analyses.

Il y a deux saisons en physique des particules: les conférences d'été et celles d'hiver. Parmi ces dernières, la conférence internationale annuelle sur la physique électrofaible et les théories unifiées, ou Rencontres de Moriond, est un rendez-vous incontournable de la discipline. Organisées depuis 47 ans maintenant avec le soutien de la communauté française, dont le CNRS/IN2P3 et le CEA/Irfu, ces rencontres permettent à la communauté des physiciens des particules de se retrouver chaque année pour échanger et annoncer les tout derniers résultats clés du domaine.

Le boson de Higgs mieux cerné

Dans le Modèle standard de la physique des particules, le boson de Higgs est le dernier composant qu'il reste à découvrir. Pour le débusquer, les physiciens utilisent deux types d'analyses: d'une part la recherche directe de la production du boson de Higgs, d'autre part des mesures de précisions sur d'autres particules dont les propriétés (notamment la masse) peuvent être influencées par l'existence d'un boson de Higgs. La mesure de la masse du boson W fait partie de ces mesures indirectes.

Dans les expériences CDF et D0 (Dzero), réalisées auprès du collisionneur Tevatron du Fermilab (Chicago), les physiciens ont mesuré avec une précision record la masse du boson W. Cette analyse particulièrement complexe, dans laquelle les équipes de l'IN2P3/D0 ont joué un rôle décisif, permet de restreindre indirectement l'intervalle de masse possible pour le boson de Higgs, compatible avec les recherches directes. Ces mesures constituent un nouveau test de la cohérence du Modèle standard de la physique des particules.

Parallèlement, les collaborations CDF et D0 ont également présenté aux rencontres de Moriond leurs nouveaux résultats dans la recherche directe du boson de Higgs. Après avoir analysé indépendamment toutes les données récoltées jusqu'en septembre 2011, date de l'arrêt du collisionneur, les chercheurs observent un excès d'événements et privilégient un domaine de masse du boson de Higgs qui est compatible avec les résultats mis à jour et présentés par les collaborations du LHC Atlas et CMS lors des rencontres de Moriond. Cette mesure est particulièrement intéressante car elle a été effectuée dans un canal de désintégration du boson de Higgs (en paire de quarks et antiquarks b) qui n'est pas encore accessible aux expériences Atlas et CMS. Ces dernières observent plus particulièrement un excès d'événements dans un canal avec deux photons dans l'état final.
L'année 2012 s'annonce donc passionnante pour la physique des particules, avec probablement la réponse sur l'existence ou non d'un boson de Higgs standard.

À la recherche d'une nouvelle physique

L'expérience LHCb auprès du LHC est dédiée à l'étude des particules contenant des quarks b et c, appelées mésons beaux et charmés, et plus particulièrement de leurs désintégrations rares. La mesure des désintégrations très rares des particules appelées Bs constitue un des tests les plus contraignants de la validité du Modèle standard de la physique des particules. La mesure du taux des désintégrations particulières du Bs en deux muons (le Modèle standard prévoit un taux de 3 désintégrations pour un milliard), a été un objectif majeur des expériences de physique des particules au cours des dix dernières années. La mesure de la valeur limite correspondante a été progressivement affinée grâce aux expériences CDF et D0, LHCb, ainsi que, plus récemment, CMS.

Le Modèle standard de la physique des particules est un modèle très puissant qui a été éprouvé par l'expérience auprès de plusieurs générations d'accélérateurs depuis des décennies. Cependant, il ne peut expliquer l'existence que de seuls 4% des constituants qui composent notre Univers, appelés également "matière visible". Une nouvelle physique pourrait alors se manifester de manière directe, par la production de nouvelles particules qui seraient détectées par les expériences Atlas et CMS, ou de manière indirecte, par leur influence sur les phénomènes rares, comme ceux étudiés par LHCb (un peu comme le boson de Higgs influence la masse du boson W).

Les résultats les plus récents de LHCb limitent le taux de désintégration des mésons Bs en deux muons à moins de 4,5 pour un milliard, valeur très proche de la valeur attendue du Modèle standard. Ce taux n'exclut pas l'existence d'une nouvelle physique, mais tend tout de même à contraindre fortement les modèles théoriques correspondants et donne des orientations pour les recherches auprès du LHC.