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Un vent d’espoir souffle sur le boson de Higgs

Vendredi dernier, près de 750 physiciens et physiciennes participant à la conférence de la Société Européenne de Physique à Grenoble en France ont été agréablement surpris. L’audience attendait avec intérêt les premiers résultats importants sur la recherche pour le boson de Higgs à venir d’ATLAS et CMS, les deux expériences majeures du Grand Accélérateur de Hadrons (le LHC), mais tout le monde fut pris par surprise. Bien sûr, les membres de la collaboration ATLAS avaient déjà vu et pu commenter abondamment les résultats d’ATLAS. Nous savions qu’on avait un petit excès d’évènements dans une analyse spécialisée dans la recherche d’un boson de Higgs se désintégrant en deux bosons W, mais rien de particulièrement convainquant. C’est ce qu’on appelle en général une légère fluctuation.

Même scénario pour la collaboration CMS. Ils observent eux aussi et indépendamment la même chose avec le même type de désintégrations. Lorsque ces résultats furent présentés côte à côte pour la première fois en public, l’audience a eu droit à un certain frisson. Serait-on en train d’observer les toutes premières manifestations du boson de Higgs, la particule qu’on essaie de coincer depuis plusieurs décennies pour enfin résoudre le mystère de l’origine de la masse? Pris individuellement, ces résultats sont peu probants mais dès qu’ils apparaissent dans deux détecteurs indépendants, ça devient drôlement intriguant.

Les deux groupes observent aussi d’autres légers excès dans un autre mode possible de désintégration, soit lorsque le boson de Higgs se désintègre en deux bosons Z, et ceux-ci donnent naissance à une paire de muons ou d’électrons. Toutes ces petites anomalies correspondent à des valeurs de masse potentielles pour le Higgs non exclues par les recherches précédentes effectuées par d’autres équipes au Tevatron, près de Chicago.

Tout cela peut paraitre assez peu mais constituerait la pièce majeure de toutes nos recherches au cours des dernières décennies. Et comme me disait mon amie Christiane, cela ferait de nous non plus des chercheuses mais des “trouveuses”, une chance que très peu d’entre nous a eu dans sa carrière. Et depuis, le sujet occupe toutes les discussions à cette conférence.

Mais nous savons toutes et tous qu’il est bien trop tôt pour se laisser emporter par l’excitation. Il nous faut plus de données avant de pouvoir affirmer avec certitude quoi que ce soit qu’on ne regrettera pas dans les mois à venir! Comme le LHC fonctionne à merveilles, on aura d’ici peu 40 à 50% plus de données analysées. On verra alors si le signal se maintient ou s’il disparait, si jamais il s’agissait tout simplement d’une vulgaire variation statistique.

Les résultats combinés de la collaboration CMS pour tous les canaux de désintégration du boson de Higgs ayant une masse hypothétique entre 110 et 600 GeV.

Résultats combinés de la collaboration ATLAS mais pour une région réduite du Higgs entre 110 et 200 GeV. A l’intérieur des ellipses en rouge sur les deux figures ci-dessus, les lignes continues noires devraient se trouver à l’intérieur de la bande d’erreur indiquée en jaune. C’est ce que l’on devrait mesurer avec 95% de certitude en l’absence d’un Higgs. Le fait que cette ligne en sort légèrement dans les deux cas pourrait être les premiers signes de vie du boson de Higgs. Mais seulement lorsque nous aurons plus de données d’ici quelques mois et une combinaison rigoureuse pourrons nous l’affirmer sans aucune ambiguité.

D’ici peu, on aura la combinaison des deux résultats qui prendra en compte toutes les corrélations. Même si on essaie autant que possible de mesurer directement les bruits de fond, on doit aussi se fier à des simulations dans certains cas. Comme ces simulations se basent sur les mêmes prédictions théoriques pour les deux expériences, une petite erreur commune pourrait fausser les résultats des deux groupes. Il faut donc tenir compte de tout cela et voir ce que la combinaison des deux résultats révèlera. Cette démarche est en cours mais est fort longue et complexe et ne sera peut-être pas disponible avant la fin de cette conférence. Dans ce cas, on devra attendre la prochaine conférence prévue pour la fin août à Mumbai en Inde avant d’en savoir plus.

A ce point-ci, tout le monde s’entend: il nous faut plus de données et la combinaison complète de tous les résultats. Mais en attendant, c’est déjà suffisamment intriguant pour qu’on continue à regarder dans cette direction. Nous sommes peut-être en train d’observer la caravane faisant son apparition à l’horizon. D’ici quelques mois à peine, on la distinguera clairement ou on saura si on avait tous du sable dans les yeux…

Mais pourquoi tant d’intérêt pour une simple particule? Très simple. Malgré tout ce qu’on connait en physique sur les particules qui forment toute la matière qu’on voit autour de nous, comme les électrons et les quarks dans les protons, on a aucune idée où ces particules prennent leur masse. Le modèle théorique actuel ne peut expliquer l’origine de la masse. Toutes les particules élémentaires y apparaissent dépourvues de masse comme le photon, alors qu’on sait que ce n’est pas le cas. Ce boson de Higgs, s’il existe, fournirait un mécanisme permettant d’expliquer d’où vient cette masse.

Pauline Gagnon

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