Après six heures de présentations dédiées à la quête du boson de Higgs, voici un résumé des nouveaux résultats présentés aujourd’hui à la conférence de Moriond. Les expériences CMS et ATLAS ont montré leurs plus récentes mises à jour, révélant que peu importe l’angle utilisé, le nouveau boson découvert l’été dernier au CERN continue à être parfaitement compatible avec un boson de Higgs. D’autres résultats seront dévoilés la semaine prochaine dès que toutes les vérifications auront été complétées.
Les chercheur-e-s étudient maintenant non seulement comment le nouveau boson se désintègre mais aussi les différentes façons de le produire. Tout cela permettra de déterminer éventuellement si la nouvelle particule est bien un boson de Higgs, et si oui, est-ce celui prescrit par le mécanisme de Brout-Englert-Higgs ou une autre version associée à la supersymétrie, ou même pas un boson de Higgs du tout. Pour répondre à cette question, les deux équipes tentent d’établir ses propriétés telles que la force du signal observé dans les différents canaux de désintégration, les modes de production, sa masse ainsi que son spin et sa parité.
Seuls deux canaux de désintégration permettent une évaluation précise de sa masse, soit les désintégration en deux photons ou quatre leptons, tandis que pour tous les canaux, on peut déterminer la force du signal – combien d’évènements sont produits par rapport aux prédictions théoriques – et son spin et parité.
Un signal clair et sans ambiguités obtenu par la collaboration CMS dans la recherche de bosons de Higgs se désintégrant en deux bosons Z, chacun donnant deux leptons. C’est le canal dit des quatres leptons. Les points en noir représentent les données tandis que la courbe en rouge indique où on le modèle théorique prédit trouver un signal venant d’un boson de Higgs.
On avait déjà vérifié que ce boson se désintégrait en d’autres bosons (paires de bosons W, Z ou photons) et mais pas en fermions (les particules de matière comme les quarks et les leptons). La collaboration CMS a établit ce fait ce matin en montrant qu’en analysant toutes les données en main, ils observent maintenant des désintégrations de bosons en deux taus, ce qui est tout nouveau. Il reste donc à démontrer que ce boson peut aussi se désintégrer en deux quarks b, ce qui pourrait demander plus de données car le bruit de fond est très fort. Mais de l’autre côté de l’Atlantique, les expériences du Tevatron ont annoncé aujourd’hui avoir déceler un signal pour ce canal trois fois plus fort que les variations statistiques.
Autre nouveauté : ATLAS a montré que tout au plus 68% du temps ce boson pourrait se désintégrer en particules invisibles, comme par exemple des particules de matière noire. Cette possibilité est interdite dans le Modèle Standard, donc pas d’anomalie de ce côté.
Les dernières mesures de la force du signal et de la masse sont compilées dans le tableau ci-dessous, avec en caractères gras les plus récentes valeurs, ainsi que les autres mesures dévoilées en décembre.
CMS observe un nombre d’évènements légèrement inférieur aux valeurs prédites par la théorie dans le canal des quatre leptons et deux bosons W alors qu’ATLAS voie un léger excédent dans le canal à quatre leptons et celui à deux photons. Il est encore quasi impossible d’en tirer des conclusions tant les marges d’incertitude sont fortes mais tous les canaux sont encore compatibles avec les prédictions du Modèle Standard, la plus grande déviation pour ATLAS n’étant que de 2.3sigma.
La force du signal pour différents canaux de désintégration mesurée par CMS (gauche) et ATLAS (droite). Toutes les valeurs mesurées sont compatibles avec une valeur de 1.0, tel que prédit par le Modèle Standard.
Il faudra tout particulièrement surveiller ce que CMS mesurera dans le canal à deux photons lors de leur prochaine mise à jour. Si une déviation se confirme, cela ne manquera pas d’attirer l’attention de bien des théoricien-nes car les conséquences pourraient être énorme. Une déviation par rapport aux prédictions théoriques pourrait indiquer une faille dans le modèle et montrer la voie vers la vraie solution.
C’est un fait bien connu que le Modèle Standard a ses limites car il ne peut expliquer entre autres choses la nature de la matière noire. Il faut donc trouver quelle est la théorie plus globale décrivant mieux le monde des particules fondamentales. Dure tâche que de remplacer un modèle qui réussit à faire des prédictions étonnantes, justes souvent jusqu’à la dixième décimale.
De nouvelles mesures de masse ont aussi été présentées aujourd’hui. Et bonnes nouvelles, la situation s’améliore. En décembre, avec seulement le tiers des données de 2012 analysées (21fb-1), ATLAS obtenait deux valeurs différentes pour la masse selon le canal de désintégration utilisé. Malgré toutes les vérifications effectuées, aucune erreur expérimentale significative n’avait été trouvée. Cette différence est donc imputée à une variation statistique. L’écart a maintenant rétréci, bien que les marges d’erreurs aussi. Malgré tout, l’hypothèse d’une fluctuation demeure la plus plausible.
Finalement, de nouvelles mesures de spin ont été montrées aujourd’hui, dont le canal à quatre leptons pour CMS. Toutes les mesures sont plus compatibles avec une valeur de spin et parité de 0+ tel que postulé pour un boson de Higgs. Ceci contribue à renforcir l’hypothèse que le nouveau boson est bien un type de boson de Higgs.
Les vérifications faites par CMS pour voir si la valeur de spin et parité du nouveau boson est plus compatible avec une valeur de 0+ (courbes en jaune) tel que prescrit par le Modèle Standard ou avec d’autres hypothèses (courbes en bleu). La flèche en rouge indique la valeur obtenue pour le nouveau boson. La compatibilité se mesure par la quantité de la courbe se trouvant à droite de la flèche. Dans tous les cas, il y a plus de courbe jaune restant que de bleu, indiquant que le nouveau boosn est plus compatible avec une valeur de 0+ que toute autre valeur de spin-parité.
En attendant d’autres résultats la semaine prochaine, vous pouvez vous amuser en regardant cette animation (ou une autre) montrant comment le nouveau boson est apparu dans les données d’ATLAS au cours de la dernière année. Entre temps, au fur et à mesure qu’un peu plus d’information devient disponible, l’identité du nouveau boson se révèle peu à peu.
Pauline Gagnon
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