N°38- HIGGS, LE BOSON MANQUANT
Sean Carroll - Belin Pour la Science - 05/13 - 392 pages - Tout lecteur.

RÉSUMÉ : Captivant exposé irisé d’anecdotes sur l’extraordinaire aventure autour de la quête d’un boson associé au champ de Higgs qui emplit tout l’espace. Sa présence, au second plan est cruciale. Il entérine les prévisions du modèle standart, ouvrant certainement sur une nouvelle physique dont on attend de lever quelques ombres.

MOTS CLÉ : champs, particules, ondes, symétries.

L’AUTEUR : Sean CARROLL est cosmologiste au CalTech et vulgarisateur apprécié. Traducteur : Bertrand NICQUEVERT, ingénieur de Recherche au CERN- Dessins : Lison BERNET (BD du LHC). Préface : Lyn EVANS, directeur du LHC (1994/2011).

4 juillet 2012 : Rolf Heuer, directeur général du CERN ouvre à Genève la séance où Joé Incandela et Fabiola Gianotti porte-parole des équipes associées aux expériences ATLAS & CMS du LHC*, annoncent aux terriens curieux, d’avoir observé davantage d’événements que prévus dans une certaine énergie particulière. Les physiciens présents, et ceux en duplex réunis à Melbourne (International Conférence on High Energy Physics) comprennent alors qu’un petit morceau de nature, bien réel, jamais vu, venait s’ajuster au modèle standart (MS) des particules et témoigner de sa cohérence.

Le MS, dans le cadre la physique quantique des champs (PQC) gère le comportement de 3 types de particules : particules de matière (fermions), particules d’interaction (bosons) et le Higgs (H). A chacune est associé un champ ; celui du H emplit tout l’espace. Ce qui erre dans l’espace se déplace dans le champ de H. Ce qui interagit avec confère masse, et reste inactif dans la dynamique de la matière ordinaire. Des précautions oratoires sont prises sur l’identité du H dé-couvert ; il a la bonne masse (125GeV) et se désintègre approximativement comme prévu. Mais si la réalité peut se révéler plus subtile, alors tant mieux, les physiciens vivent de surprises ! Matière noire et énergie sombre (95% du contenu énergétique de l’univers) font peut-être leur nid sur ces nouveaux horizons. Des modèles restent à construire sur d’infimes détails à l’ombre des mesures à venir (8TeV puis 14TeV), sachant que le MS n’est pas la réponse finale.

13 chapitres occupent ce passionnant témoignage sur la quête du H et les enjeux de sa recherche. Il ouvre sur sa genèse, les intuitions et les doutes des acteurs qui depuis les années 60 bricolent sur le projet qui impose une collaboration planétaire. Appréhension intellectuelle du monde extérieur à notre propre personne, comme but suprême à atteindre (Einstein), elle témoigne de la curiosité de l’Humain, de son besoin d’être toujours surpris. On s’interroge sur les motivations à poursuivre dans l’élémentarité (ch1), sur les ailes des atomistes grecs pour lesquels le grand univers est fait de petits morceaux et de vide. On s’inquiète de l’usage métaphorique à usage mercantile (ch2) où H est présenté comme the god particule (sacrée particule. Lerderman. O.Jacob/96). Passons ! Pièce finale explicative du MS, théorie complète de la réalité immédiatement observable, mais qui ne dit rien sur le grave et le sombre de l’univers. Sans H, créateur de diversité (masse, vitesse, durée de vie) au niveau des particules, le MS ne tient pas la route ! Celui trouvé n’en réalise peut-être qu’une partie seulement ? Particules comme un quelque chose qui possède une valeur en chaque point de l’espace et que nous remarquons en raison de sa vibration qui nous apparaît sous forme de particules ! Espace vide empli par le champ de H, champ constant, en arrière plan, capable de briser des symétries. Le lecteur trouvera cette matière décortiquée (ch3) avec ses 12 particules de matière (6 leptons+6 quarks) et un zeste d’antiparticules, où H, boson scalaire lourd (125GeV/spin=0), s’impose comme briseur de symétries offrant masse aux W & Z, sans toucher aux photons.

L’histoire des accélérateurs/collisionneurs, de leurs échelles d’énergie (ch4) conduit à celle du CERN* et à ses divers programmes (ISR/SPS/LEP/LHC). Il s’agit de fracasser e⁻ / e⁺, p⁻ / p⁺ ou noyaux lourds, d’analyser et de comparer (statistiques) les taux obtenus de ceux prévus pour chaque collision. Collaboration planétaire n’excluant nullement compétition et rivalité amicales…Une visite creusée du LHC, opérationnel le 10/09/08 (ch5) ouvre sur le quench (19/09/08) des aimants supraconducteurs. Redémarrage du plus grand réfrigérateur (20/10/09), pour atteindre l’objectif provisoire (03/10-7TeV/5.10¹⁴ p⁺/faisceaux), et annoncer (4/07/12) la trace d’un H en rêvant aux 14TeV attendus. Est-ce que tout provient de la désintégration du Higgs ou de quelque chose d’autre ? Tout est dit (ch6) sur les processus de détection des diverses expériences sur ces paquets de p⁺ aplatis comme crêpes (effets relativistes), sur le partage et la gestion des données, et le rôle initié par le WWW au CERN (89).

Retour sur le rôle tenu par les champs quantiques comme briques ultimes de la réalité (ch7). En chaque point une collection de champs quantiques (ondes), qui, observés de près, font voir des particules (fluctuations, indétermination). Sous-ensemble de ce qui existe vraiment, et base de nos explications du réel à son niveau le plus fondamental. Symétries brisées (ch8) et transitions de phase permettent d’analyser en détail H et le champ dont il provient. Particularité : valeur de repos non nulle (246GeV), même dans l’espace vide qu’il remplit ; H comme vibration autour de cette valeur (Modèle du pendule inversé ou du chapeau mexicain). Briser la symétrie sur laquelle il est fondé permet à certaines particules d’interagir avec et d’acquérir masse au détriment de leur vitesse. Comment fut trouvé H et comment nous savons l’avoir trouvé ? (ch9) Les diagrammes de Feynman comme outil, des différents chemins associés à leurs probabilités émergent 4 modes prometteurs de désintégration pour H à 125GeV. Le plus probable provient d’événements à 2 photons dont la déviation par rapport au résultat idéal est reliée au sigma, amplitude autour de la valeur la plus probable fixant la signification (5 sigma) du pic pour être accepté dans le MS. Véritable parcourt du combattant de la prise de données à l’annonce du résultat ! (ch10). Que retiendra l’histoire d’H ? Pour qui le Nobel vue la complexité des contributions ? Brout.Englert.Higgs, Guralnik.Hagen.Kibble, et les autres (ch11). Sur quel horizon va ouvrir H ? (ch12).

Quels prolongements seront offerts au MS que l’on sait incomplet ? Accomplissement d’un immense projet planétaire (ch13), sera-t-il le tremplin que la science réclame pour éclaircir certains concepts (Wimps, vide, supersymétrie, dimensions, multivers). La recherche fondamentale et physique des particules avec ses importants moyens réclamés aux contribuables (3Geuros) ont déjà aboli les frontières et rapproché les humains dans leur besoin enfantin de curiosité. Pour certains, elles sont aussi source de joie de co-naître dans cet univers dont nous sommes fées, par hasard, de poussières d’étoiles. L’aventure continue, au delà du MS bien droit dans ses bottes  ! Affaire à suivre, nécessairement, pour ne pas prendre nos théories assez au sérieux.

3 annexes (masse & spin/Particules du MS/Particules & interactions) complètent ce dossier ainsi qu’une bibliographie à laquelle un additif d’actualité s’impose avec l’excellent ouvrage Le boson & le chapeau mexicain : nouveau grand récit de l’univers (Gilles Cohen-Tannoudji/Michel Spiro). Postface de Michel Serres (Folio Essais 579).

*CERN : Conseil (devenu Organisation OENR) Européen pour la Recherche Nucléaire.(1954).
*LHC : Large Hadron Collider (Grand Collisionneur de hadrons)
*ATLAS : A Toroidal LHC ApparatuS (appareil torodoïdal du LHC).40m de long/7,7t
*CMS : Compact Muon Solénoid (Solénoïde compact à muons). 20m de long/13,8tonnes.
*WWW : World Wide Web, le Web, la Toile apparue en 1989 sur proposition de T.Berners-Lee.

Jacques CAZENOVE - 24/06/13