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Jamais dans l’histoire des sciences, une expérience n’a mobilisé tant de gens, de moyens et d’années. Et ce mardi, la communauté des physiciens des particules élémentaires à travers le monde était suspendue aux résultats venus du Cern, en Suisse : approcherait-on enfin de la découverte du "boson de Brout-Englert-Higgs" (BEH), le Graal des physiciens, la "particule de Dieu" disait le Prix Nobel Léon Lederman ? Disons-le de suite, les expériences CMS et ATLAS du Cern ne l’ont pas encore trouvé. Mais les dernières campagnes de mesures ont considérablement reserré le champ des possiblités où il pourrait se trouver et on a décelé, dans les deux expériences, pourtant indépendantes, une même "bosse" autour de 125 Gev qui pourrait être sa signature. Mais le nombre d’événements est encore trop faible et on ne peut exclure qu’il s’agisse d’un bruit de fond. Mais cette fois, le Cern promet qu’on devrait en 2012, sans doute en été, avoir enfin une réponse à cette traque si longue et si complexe. On saura enfin, si ce boson existe ou pas , ce qui alors impliquerait de revoir toute la physique.

Mardi, François Englert 79 ans, le "père" de ce boson, suivait à l’ULB, en direct, les présentations au Cern avant de s’embarquer ce mardi pour les Etats-Unis. Etait-il ému de voir ces milliers de physiciens chercher les traces de son "enfant"? "Depuis 1964, je l’avais un peu délaissé, mais tout ça est bien excitant", nous dit-il d’un air gourmand.

Cette particule postulée en 1964 par les théoriciens (lire ci-contre) a toujours jusqu’ici résisté aux expérimentateurs. Dès les années 80, ceux-ci imaginaient, pour trouver cette particule, construire ce qui allait devenir le LHC au Cern : utiliser le tunnel de l’accélérateur LEP (Large electron-positron) de 27 km de long, enterré à 100 m de profondeur à la frontière franco-suisse, près de Genève, et d’y faire collisionner, à quasi la vitesse de la lumière, un faisceau de protons contre un autre faisceau de protons tournant en sens inverse. Le boson de BEH, s’il existe, est en effet très lourd et il faut donc un accélérateur de très haute énergie, comme le LHC, pour espérer le créer (puisque, depuis E = MC² d’Einstein, on sait que la masse est liée à l’énergie). Le LHC est un investissement de 3 milliards d’euros et la majorité des 8 000 scientifiques du Cern, venus du monde entier, travaillent sur ce seul projet ! Et des milliers d’autres physiciens à travers le monde, reliés par des super-ordinateurs et un super-Internet (le Grid), ont déjà analysé en direct quelques milliards parmi les milliers de milliards de collisions qui se sont déjà produites dans la machine.

Mardi, les expérimentateurs de CMS et ATLAS (3 000 physiciens chaque fois), les noms des deux méga-instruments de mesures, grands comme la nef de la cathédrale de Paris, exposaient leurs résultats provisoires pour l’analyse de l’ensemble des données récoltées en 2011 par le LHC, lors d’un séminaire public largement annoncé et médiatisé, suivi de questions/réponses, le tout diffusé "live" dans les labos du monde entier, dont ceux en Belgique de l’IIHE (ULB-VUB, à Bruxelles), de l’UM (Mons) et de l’UCL (Louvain-La-Neuve), fortement impliqués dans ce projet.

En juillet dernier, on avait déjà parlé d’un léger excès d’événements dans les courbes de résultats. Cette fois, avec bien plus de données, on aurait vu une poignée d’événements pouvant "signer" l’existence d’un boson de BEH. Une légère "bosse" semblable apparaît pour CMS et ATLAS, à 125 GeV (un GeV est équivalent à la masse d’un proton). Soit dans la gamme possible de masses pour le boson de BEH et on a réduit la plage où il pourrait apparaître (il ne peut avoir une masse inférieure à 116 GeV, ni supérieure à 130 GeV). Les expériences CMS et ATLAS utilisent des technologies différentes afin de contrôler que des résultats ne soient pas faussés : si on "voit" la même chose sur les deux machines, c’est qu’il y a "quelque chose".

Précisons que l’on ne détecte pas immédiatement le boson, dont la durée de vie est beaucoup trop courte. Le LHC reconstitue les conditions extrêmes qui existaient dans le premier milliardième de seconde après le Big Bang, créant des gerbes de particules qui se désintègrent souvent immédiatement en d’autres particules qu’on peut alors détecter. En reconstruisant ces événements, on peut "voir" s’il y a eu un boson de Brout-Englert-Higgs.

Au Cern, on reste très prudent. Le signal n’est pas encore assez clair (en jargon, on aurait seulement 2,5 sigma alors qu’il faut 5 sigma pour être sûr). On ne peut ni affirmer aujourd’hui qu’on a "vu" le boson de Brout-Englert-Higgs, ni l’exclure. Il pourrait encore s’agir de simples fluctuations statistiques, d’un bruit de fond. Il faut donc poursuivre les expériences et accumuler encore des données pendant quelques mois avant de pouvoir conclure à l’existence ou à la non-existence de ce Graal des physiciens.

Barbara Clerbaux, physicienne, expérimentatrice LHC pour l’ULB, nous commente ces résultats : "Nous vivons un moment clé et passionnant en physique des particules. Grâce à l’excellente performance de la machine LHC cette année (en 2011) et des détecteurs CMS et ATLAS, nous avons considérablement progressé dans la recherche du fameux boson BEH, en excluant définitivement son existence dans un grand domaine de masse possible. Le léger excès d’événements observés à basse masse du boson attire bien sûr l’attention de tous. La nature joue à cache-cache avec nous : l’excès observé est tout aussi compatible avec l’existence du fameux boson (on s’attend à un faible signal) qu’avec une simple fluctuation statistique du bruit de fond : la "significance" est encore beaucoup trop faible. Il faudra attendre les données de l’année prochaine pour trancher, peut-être déjà pour les conférences d’été 2012".

Les expériences sur le boson de BEH ont été suspendues fin octobre pour laisser la place à d’autres avec des ions lourds. Elles reprendront au printemps, avec une luminosité (densité de collisions) plus grande et sans doute une énergie plus haute (8 TeV contre 7 TeV) et on devrait alors pouvoir trancher : soit ce boson existe là où sont les "bosses" qu’on a vues, et ce serait une formidable découverte. Soit il n’y est pas et ce serait une grosse surprise qui exigerait de redéfinir tout le "modèle standard", voire toute la physique.