Quand la masse du boson de Higgs permet à l'Univers d'exister...

Publié par Adrien le 08/12/2021 à 09:00
Source: CEA
Un physicien de l'IPhT et deux collaborateurs proposent un modèle théorique permettant d'expliquer la faiblesse de la masse du boson de Higgs et de la constante cosmologique - réputées incohérentes avec les connaissances actuelles en physique. Ce modèle devrait pouvoir être testé prochainement au Cern.


Vue du détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change...) d'ATLAS au LHC. (Image: Claudia Marcelloni/ATLAS CERN)

Le modèle standard de la physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants...) (MS) rend compte avec une excellente précision de très nombreux phénomènes. Cependant, il ne permet pas de comprendre deux grandeurs très fondamentales: la constante cosmologique (La constante cosmologique est un paramètre rajouté par Einstein en février 1917 à ses...) et la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) du boson de Higgs (Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l'existence a été...).

La première - homogène à une courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est...) de l'espace - est reliée à l'expansion de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) et détermine donc sa densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un...). En s'appuyant sur le modèle standard et sur des principes de symétries devenus des classiques de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) moderne, les théoriciens estiment que la constante cosmologique devrait être 10120 fois supérieure à la valeur déduite de mesures astrophysiques, ce qui reviendrait à faire entrer l'Univers entier dans un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) beaucoup plus petit que celui d'un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...) ! De la même manière, ils estiment que la masse du boson (Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés...) de Higgs devrait être supérieure de plusieurs ordres de grandeur à celle mesurée à partir de collisions de protons au LHC (Large Hadron (Un hadron est un composé de particules subatomiques régi par l'interaction forte. Dans le...) Collider), au Cern.

Ces valeurs minimalistes semblent toutes deux résulter de "réglages fins" très improbables. Comme si des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...), entièrement inconnues, et de très grandes dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...) "neutralisaient" les valeurs gigantesques issues de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) !

Jusqu'à présent, les scientifiques développent sans succès véritable:
- des explications dites dynamiques, utilisant de nouvelles structures, particules ou symétries (comme la "supersymétrie (Note : Pour profiter au mieux de cet article, le lecteur devrait avoir de bonnes notions sur...)"),
- des interprétations statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle...), basées sur l'hypothèse de mondes parallèles (multivers).

À noter que l'absence de découverte de "superparticules" au LHC aggrave la tension (La tension est une force d'extension.) entre expérience et théorie pour la masse du Higgs.

Trois théoriciens, dont un de l'IPhT, proposent une nouvelle explication, fondée sur une relation originale entre le boson de Higgs et la constante cosmologique. Ils identifient une nouvelle classe de mécanismes permettant de produire des réglages fins via la masse du Higgs. Seules certaines valeurs spécifiques de la masse du Higgs peuvent "sélectionner" des valeurs extrêmement basses de la constante cosmologique... et laisser à l'Univers assez de place pour exister. De plus, ce scénario conduit à de nouvelles possibilités de création de matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre), traduction de l’anglais...).

Le raisonnement des chercheurs est d'autant plus intéressant qu'il produit des prédictions vérifiables au LHC "haute luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit...)" qui entrera prochainement en service. Des désintégrations rares de nouveaux bosons de Higgs (Atlas et CMS) pourraient permettre de trancher ou non en faveur de ce modèle. Affaire à suivre !

Références:
Weak scale as a trigger, Physical Review D
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