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Pas de Higgs, bon Higgs!

On a beaucoup dit et écrit sur l’importance du boson de Higgs. Et si on ne le trouvait pas ? En fait, ce serait une aussi grande découverte.

Qu’on trouve le Higgs ou qu’on prouve hors de tout doute qu’il n’existe pas seront deux découvertes tout aussi importantes,  comme l’a rappelé récemment Rolf Heuer, le directeur général du CERN lors de la récente conférence de la Société Européenne de Physique. Bien sûr, le trouver nous donnerait une satisfaction immédiate. Si on l’exclut, du moins celui prédit par le Modèle Standard, le cadre théorique actuel, cela mettrait les théoriciennes et théoriciens sur la seule bonne piste. Ce dont on a besoin, ce n’est pas du boson de Higgs en particulier, mais bien de comprendre comment la nature fonctionne réellement.

Le boson de Higgs n’est que la solution la plus simple et la plus élégante au mécanisme de Brout–Englert-Higgs, l’outil mathématique dont on a besoin pour pouvoir expliquer comment les particules élémentaires (électrons, quarks, bosons Z et W etc.) acquièrent une masse. Sans ce mécanisme, nos équations actuelles ne produisent que des particules sans masse, alors qu’on sait bien qu’elles en ont une, comme on a pu le confirmer maintes et maintes fois dans nos détecteurs, au CERN et ailleurs.

Mais le mécanisme de Brout–Englert-Higgs résout en même temps un autre problème tout aussi fondamental appelé « violation d’unitarité ». En simple, l’unitarité signifie que la somme des probabilités est égale à un. Prenons l’exemple d’un sac rempli de boules de trois couleurs. Si je vous dis que 20% d’entre elles sont rouges et que 50% sont jaunes, tout le monde aura deviné que les vertes comptent pour les 30% restant. Mais si l’unitarité n’était pas préservée dans cet exemple, les boules vertes formeraient autre chose que 30% et la somme diffèrerait de 100% ! De quoi perdre la boule…

Et bien, justement, la théorie prédit que c’est ce qui arrivera à la somme de toutes les différentes façons qu’une particule a de se désintégrer. Cette somme ne fera plus un lorsqu’on observera ces désintégrations à plus hautes énergies. Le mécanisme de Brout–Englert-Higgs permet justement de stabiliser tout ça et remet tout sur des rails solides.

Ce problème de violation d’unitarité a une conséquence majeure. Pour le résoudre, on sait qu’on doit ajouter de nouvelles couches aux théories actuelles, nous garantissant du coup que nous trouverons bientôt quelque chose de nouveau avec le Grand Collisionneur de Hadrons ou LHC. Cet accélérateur étant le plus puissant jamais construit, il nous donne accès aux énergies correspondant au régime où nos équations commencent à défaillir. De nouvelles particules sont reliées à ces raffinements théoriques et  vont donc inévitablement se manifester tôt ou tard. Ces raffinements sont nécessaires pour stabiliser la théorie actuelle qui nous permet de décrire le monde qui nous entoure. On sait qu’il manque quelque chose; il suffit maintenant d’en déterminer la nature.

Plusieurs autres modèles permettent de préserver l’unitarité et expliquent l’origine de la masse sans faire appel au boson de Higgs. Celui-ci n’est que la solution la plus simple. Or, il pourrait s’agir de quelque chose de bien plus complexe, comme la théorie de la « technicouleur » ou la présences de nouvelles dimensions. A nous de déterminer quel modèle correspond à la réalité.

Alors qu’on trouve ou élimine le boson de Higgs nous mettra sur la bonne voie.

— Pauline Gagnon

Pour être averti-e lors de la parution de nouveaux blogs, suivez-moi sur Twitter: @GagnonPauline

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