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Dernière mise au point sur le boson de Higgs

Alors que le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) se prépare à fermer pour les fêtes de fin d’année, les expériences du LHC ont présenté jeudi matin un résumé portant sur les trois dernières années d’opération. Pour CMS et ATLAS, le point saillant était bien sûr la découverte de ce qui ressemble de plus en plus au boson de Higgs.

Cette découverte ne fait plus aucun doute. Comme Sara Bolognesi, représentante de CMS l’a expliqué : « Le signal est si fort qu’une erreur  est aussi improbable que jouer à pile ou face 40 fois de suite et d’obtenir pile à tous les coups ». Marumi Kado, parlant pour ATLAS, a souligné que le signal est maintenant tellement fort, qu’un seul canal de désintégration suffit pour clamer une découverte.

Les efforts sont donc maintenant concentrés sur l’identification de cette nouvelle particule par l’étude détaillée de ses propriétés.

ATLAS a montré ses tous premiers résultats sur les valeurs de spin et parité du nouveau boson. La parité semble fort être positive, tel que prédit par le Modèle Standard de la physique des particules pour le boson de Higgs, tout comme CMS l’avait aussi observé.

Toutefois, le doute demeure sur la valeur de spin, bien que la valeur de 0, celle prévue par le Modèle Standard, soit privilégiée. Une valeur de 2 demeure cependant encore possible. On aura une meilleure idée une fois que toutes les données recueillies cette année, soit 23 femtobarns inverse, auront été analysées. Ces nouveaux résultats sont attendus pour la conférence de Moriond en début mars.

Alors, quoi de neuf sur ce qui ressemble maintenant à s’y méprendre au boson de Higgs ? CMS a regardé si ils pouvaient trouver des Higgs se désintégrant en un boson Z et un photon. Certaines théories allant au-delà du Modèle Standard en prévoient beaucoup alors que cela devrait être rare selon le Modèle Standard. Tout semble normal mais c’est une avenue prometteuse.

Quelques résultats laissent cependant les chercheurs et chercheuses perplexes. Par exemple, ATLAS mesure deux valeurs de masse différentes pour la même particule selon le canal de désintégration utilisé pour la mesurer. Chaque canal de désintégration représente une des façons par laquelle le boson peut se désintégrer, un peu comme les différentes façons de faire la monnaie pour une pièce d’un euro.

Seuls deux canaux permettent de mesurer la masse avec précision mais la masse mesurée diffère selon que le Higgs se désintègre en deux photons ou en quatre leptons. Qu’on utilise des pièces de cinquante, vingt ou dix centimes, la somme devrait toujours donner un euro. En ce moment, c’est un peu comme si ATLAS obtient 1.05 et 0.95 euro en additionnant toutes les pièces, malgré recomptages et vérifications détaillées.

Cela vient fort probablement d’une variation statistique puisqu’il n’y a qu’une seule valeur dans la combinaison globale. Mais on aura besoin de plus de données que ce que l’on possède à l’heure actuelle pour en avoir le cœur net. Les chercheurs-ses de CMS obtiennent la même masse dans les deux canaux mais ils doivent encore inclure plus de données pour le canal à deux photons.

Autre fait intrigant : les deux expériences obtiennent plus de bosons de Higgs se désintégrant en deux photons que ce que la théorie prédit. J’ai compilé tous les résultats dans le tableau suivant pour voir où on en est.

Les marges d’erreur sont encore assez grandes ce qui signifie qu’on en aura le mot de la fin qu’avec plus de données. Le LHC se fera refaire une beauté dès mars 2013 et ces travaux se poursuivront jusqu’au début 2015. Il faut bien de la patience pour obtenir réponse à ses questions en physique des particules !

Pauline Gagnon

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  • ML

    Même en tenant compte de la marge d’erreur l’excès de désintégration en 2 photons semble significatif, est-ce qu’il existe des extensions du modèle standard qui prédisent cela ?

  • CERN (Francais)

    Bonjour,

    l’excès n’est encore que d’environ un sigma, ce qui n’est pas énorme. La probabilité d’une telle fluctuation est alors de l’ordre de 30%. Donc, pas encore de quoi fouetter un chat. Une des façons d’augmenter le taux de désintégrations en deux photons est d’avoir un stau plus léger. Le stau est le compagnon supersymétrique du lepton tau, le plus lourd des lepton. Du fait, le stau est le plus légers des sleptons. Si celui-ci était plus léger, il contribuerait plus facilement à produire plus de photons. Le fait est que les photons ne sont pas produits directement dans les désintégrations de bosons de Higgs. Cela se passe au niveau d’une boucle dans les diagrammes de Feynman, au lieu de se faire directement (tree level). En termes moins techniques, cela veut dire que la désintégration ne se fait pas directement mais passe par des intermédiaires. Donc plus il y a d’intermédiaires possibles, et plus ceux-ci sont légers, plus il est facile de produire ces désintégrations par intermédiaire. On verrait alors plus de Higgs aller en deux photons.

    Ceci est la raison pour laquelle on étudie et scrute toutes les propriétés du nouveau boson car il pourrait nous révéler l’existence de particules supersymétriques.

    Donc, pour résumer, sans l’existence de la supersymmétrie, un Higgs du Modèle Standard n’a qu’un nombre limité d’intermédiaires par lequel il peut se désintégrer en deux photons. Mais avec la supersymétrie, d’autres intermédiaires se rajoutent. Il faudra aussi observer qu’un autre canal de désintégration, le Higgs se désintégrant en deux quarks b, serait légèrement réduit pour compenser.

    Alors oui, c’est possible, alors on va essayer de mesurer tous ces taux avec la plus haute précision.

    Pour en savoir un peu plus sur la supersymétrie, voir un autre blog: http://www.quantumdiaries.org/2012/12/10/gluino-higgsino-bingo/

    Pauline