Après avoir entendu une multitude de résultats cette semaine aux Rencontres de Moriond, nous avons eu droit ce matin à une vision d’ensemble de la situation. Roman Kogler, représentant le groupe Gfitter, un regroupement de théoriciens et d’expérimentalistes, a montré comment le Modèle Standard donne une image cohérente de la physique des particules telle qu’on la comprend aujourd’hui.
Les équations du Modèle Standard contiennent plusieurs paramètres qui sont fortement corrélés. L’équipe de Gfitter a donc compilé les évaluations théoriques les plus précises qui existent et injecté dans ces équations les divers paramètres mesurés expérimentalement. Il s’agit de quantités comme la masse de diverses particules (quark top, bosons W et Z) ainsi que plusieurs « couplages » (des paramètres reliés à la fréquence de désintégration de certaines particules en d’autres plus légères).
Cette méthode porte le nom d’ « ajustement électrofaible » puisqu’elle consiste à faire un ajustement global de tous les paramètres de la théorie électrofaible. Cette technique avait permis de prédire la masse du quark top avant même sa découverte à Fermilab en 1995 comme le montre le graphe ci-dessous.
Les prédictions de la valeur de la masse du quark top venant d’un ajustement à l’ensemble des paramètres de la théorie électrofaible. La bande en bleu représente les prédictions de l’ajustement tandis que les points en noir donnent les valeurs mesurées par les expériences du Tevatron de Fermilab.
Au fur et à mesure que la précision des paramètres injectés s’améliorait au fil des années, la valeur prédite devenait elle aussi de plus en plus précise pour éventuellement pratiquement coïncider avec la mesure expérimentale.
Durant les dernières années, la quantité la plus souvent prédite par cet ajustement électrofaible était la masse du boson de Higgs, orientant ainsi les recherches. Mais aujourd’hui, on dispose de cette valeur, si on suppose bien sûr que le nouveau boson est bel et bien un boson de Higgs.
On peut donc faire deux choses : continuer à prédire la masse du boson de Higgs en n’utilisant que les autres paramètres, ou encore utiliser la masse du nouveau boson comme paramètre dans l’ajustement. On peut voir alors si tous ces paramètres sont consistants entre eux et donc, si le modèle théorique tient la route.
Le graphe ci-dessous donne les résultats obtenus dans les deux cas. Le point où les courbes touchent l’axe horizontal détermine la valeur la plus probable prédite par l’ajustement pour la masse du boson de Higgs. L’évasement de la courbe donne l’incertitude sur la prédiction.
La courbe en gris est obtenue en n’utilisant que les contraintes imposées par tous les autres paramètres sans injecter la masse du boson de Higgs dans l’ajustement. La réponse est alors 94 GeV avec une marge d’erreur de plus 25 et moins 22 GeV. Cette valeur est en accord avec la valeur de la masse du nouveau boson (environ 125.7 ± 0.6 GeV) à 1.3 sigma, i.e. la distance entre la valeur mesurée et la valeur estimée est 1.3 fois l’incertitude donnée par l’ajustement. On arrive donc à prédire la masse du boson de Higgs.
L’écart entre les deux valeurs vient surtout de deux paramètres : la masse du boson W et un paramètre appelé « l ‘asymétrie gauche-droite » mesurée lorsqu’un boson Z se désintègre en quark b.
La deuxième courbe en bleu montre la valeur prédite pour la masse du boson de Higgs si on injecte cette valeur dans l’ajustement. Il s’agit ici de tester si cette masse causera des tiraillements internes avec tous les autres paramètres du modèle. Puisque la masse prédite tombe pile sur la valeur mesurée, on en déduit que tout se tient. Cette prédiction s’accompagne d’une toute petite marge d’erreur déterminée par l’étroitesse de la courbe.
Donc tout baigne dans l’huile pour le Modèle Standard. En fait, il y aurait seulement 7% de chances d’obtenir une valeur moins favorable.
En réduisant davantage l’incertitude sur les paramètres utilisés dans l’ajustement, on réduira encore plus la marge de manœuvre et il sera éventuellement possible de voir si le Modèle Standard commence à montrer des signes de tensions internes. Peut-être qu’un jour un tel ajustement réussira à révéler les faiblesses du modèle.
Pauline Gagnon
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