C’est en chantant joyeux anniversaire en faussant un peu mais dans la bonne humeur générale que plusieurs centaines de physicien-ne-s ont terminé la journée du 4 juillet lors de la 37ème Conférence internationale de physique des hautes énergies qui se tenait à Valence, en Espagne du 2 au 9 juillet. Il y a deux ans, les expériences ATLAS et CMS avaient annoncé la découverte du boson de Higgs à la veille de la même conférence tenue alors à Melbourne, en Australie. Beaucoup échangeaient des souvenirs sur où ils et elles étaient lors de cette annonce historique.
A peine deux années plus tard, les deux expériences ont déjà acquis une quantité impressionnante de connaissances sur le boson de Higgs. Les deux groupes ont maintenant mesuré avec haute précision sa masse, comment il est produit et comment il se désintègre. ATLAS a présenté son résultat récemment publié pour la masse combinée du boson Higgs, soit 125.36 ± 0.41 GeV en parfait accord avec la valeur présentée pour la première fois à cette conférence par CMS de 125.03 ± 0.30 GeV.
En présentant son résultat final sur les désintégrations de bosons de Higgs en deux photons, la Collaboration CMS a maintenant complété l’analyse de toutes les données récoltées jusqu’à maintenant. La valeur combinée pour la force du signal, une quantité mesurant le nombre de bosons de Higgs observés comparé au nombre prévu par la théorie, est de 1.00 ± 0.13. ATLAS obtient 1.3 ± 0.18. Ces deux mesures indiquent qu’avec la précision expérimentale actuelle, ce boson est compatible avec celui prévu par le Modèle standard.
On connaît aussi son spin et sa parité, deux caractéristiques propres aux particules fondamentales et équivalant à leurs empreintes digitales. Leur détermination révèle l’identité d’une particule et c’est ainsi que nous savons que le boson découvert il y a deux ans est bel et bien un boson de Higgs.
Reste encore à savoir s’il s’agit de l’unique boson de Higgs prévu par Robert Brout, François Englert et Peter Higgs en 1964 dans le cadre de la théorie actuelle, le Modèle standard. Car ce boson pourrait aussi être le plus léger des cinq bosons de Higgs prévus par une des autres théories plus inclusives comme la supersymétrie proposées pour combler plusieurs lacunes du Modèle standard. Une telle découverte ouvrirait la porte vers ce qu’on appelle communément « la nouvelle physique ».
Plusieurs mesures d’ATLAS sur la force du signal, i.e. une quantité mesurant le nombre de bosons de Higgs produits dans différents canaux et se désintégrant en différentes particules, comparé au nombre prévu par la théorie. Le résultat devrait donc être égal à 1.0 si la théorie est juste. Le symbole “+” en noir indique la valeur théorique prévue tandis que les divers cercles délimitent la zone où on s’attend à trouver la valeur réelle avec un niveau de confiance de 68 % ou 95 %.
Presque toutes les données rassemblées jusqu’à la fin de 2012 – avant l’arrêt technique du Grand collisionneur de hadrons (LHC) pour maintenance et consolidation – ont maintenant été analysées. Et tout ce qui a été mesuré jusqu’ici est en accord avec les prédictions du Modèle standard en tenant compte des marges d’erreur. Non seulement les expériences ont-elles amélioré la précision dans la plupart des mesures, mais elles examinent sans cesse de nouveaux aspects. Par exemple, les expériences CMS et ATLAS ont aussi montré la distribution de la quantité de mouvement du boson de Higgs et de ses produits de désintégrations. Toutes ces mesures testent le Modèle standard avec une précision accrue. Les physicien-ne-s cherchent justement la moindre déviation par rapport aux prédictions théoriques dans l’espoir de trouver la brèche qui révèlerait en quoi consiste la « nouvelle physique », celle qui permettra d’aller au-delà du Modèle standard.
Une série de mesures de la force du signal correspondant à différents modes de désintégrations obtenus par la Collaboration CMS. Toutes les valeurs mesurées n’ont révélé aucun écart par rapport à la valeur de 1.0 prévue par le Modèle standard, du moins dans l’état actuel des marges d’erreurs expérimentales. Une déviation suggérerait la manifestation de quelque chose allant au-delà du Modèle standard.
Mais aucune des nombreuses tentatives directes entreprises pour trouver des particules liées à cette nouvelle physique ne s’est avérée fructueuse jusqu’à maintenant. Bien qu’on ait vérifié des centaines de possibilités correspondant à autant de scénarios différents impliquant des particules hypothétiques de supersymétrie, on n’a encore détecté aucun signe de leur présence.
Tout cela s’apparente beaucoup à des fouilles archéologiques : on doit souvent pelleter longtemps avant d’extraire quelque chose de spécial. Chaque analyse effectuée correspond à un seau de terre enlevé. Et chaque petit bout d’information récoltée contribue à fournir une vue d’ensemble. Aujourd’hui, grâce aux dizaines de nouveaux résultats présentés à la conférence, les théoricien-ne-s sont en bien meilleure position pour tirer des conclusions générales, éliminer les modèles erronés et trouver la bonne solution.
Tout le monde attend maintenant avec impatience la reprise du LHC prévue pour le début de 2015 afin de récolter de nouvelles données à plus haute l’énergie et explorer tout un monde de nouvelles possibilités. Tous les espoirs de découvrir la nouvelle physique seront alors renouvelés.
Pauline Gagnon
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