La découverte du boson de Higgs a 10 ans

Le 4 juillet 2012, le Cern annonçait la découverte de la particule théorisée par François Englert, prix Nobel un an après.

Le LHC (grand collisionneur de hadrons)
Le LHC (grand collisionneur de hadrons) ©AFP

C'était il y a juste dix ans, le 4 juillet 2012 : à Genève, le Cern annonçait la découverte du fameux boson de Brout-Englert-Higgs. Le résultat d'une quête de près d'un demi-siècle qui avait commencé… en Belgique. L'existence de cette particule avait été théorisée à l'ULB et il avait fallu construire une machine gigantesque à l'Organisation pour la recherche nucléaire (Cern) pour la détecter. Ce lundi, le Cern tiendra un symposium spécial pour marquer cet anniversaire et détailler les dernières avancées.

En 1964, Robert Brout et François Englert (Université libre de Bruxelles) d’une part et Peter Higgs (Édimbourg) d’autre part publient leurs travaux sur un même sujet. Ils proposent l’existence d’un nouveau champ "scalaire" (sans direction privilégiée) qui remplirait tout l’espace et avec lequel les particules élémentaires interagiraient. Toutes les particules qui nous composent, nous et notre environnement, acquerraient la masse à travers ce champ. La prédiction de l’existence du boson est la conséquence de ce champ. La quête de cette particule est alors lancée…

Francois Englert
Francois Englert ©Belga

Pourquoi tant de temps pour aboutir ? Entre autres, parce que le boson BEH ne peut être détecté que par l’analyse du produit de sa désintégration. C’est un peu comme essayer de reconstruire la forme d’un vase à partir de ses morceaux après que celui-ci s’est cassé ! Il a fallu concevoir une machine gigantesque, le LHC (grand collisionneur de hadrons), et des détecteurs extrêmement précis (Atlas et CMS). De nombreux scientifiques belges ont participé à la conception, à la construction et à la prise des données de l’expérience CMS.

Un an après la détection au Cern, en octobre 2013, c'est l'annonce du prix Nobel à Peter Higgs et à François Englert (Robert Brout étant décédé en mai 2011).

Et le futur ?

Depuis dix ans maintenant, CMS et Atlas ont étudié les propriétés du boson BEH. Nous connaissons désormais avec précision sa masse, ses modes de production, et ses modes de désintégration les plus fréquents. Plus d'une centaine d'articles scientifiques ont été publiés par CMS et Atlas sur l'étude du boson BEH. "Cette découverte du boson confirme notre compréhension du monde microscopique. Grâce à ce mécanisme introduit par Brout et Englert, nous pouvons inclure les termes de masse dans notre modèle. Ce qui est fondamental, nous savons tous par exemple qu'un électron, particule élémentaire, possède une masse non nulle", expliquent les spécialistes du boson à l'ULB. Mais il reste de nombreuses questions fondamentales à résoudre avec ce modèle. Quelle est la nature de la matière noire ? Pourquoi notre monde est composé de matière et non d'antimatière ? "Une nouvelle quête pour compléter le modèle s'annonce, et nous pensons que le boson scalaire joue un rôle important dans celle-ci."

D’ici à 2025, les expériences CMS et Atlas vont continuer d’enregistrer des données. Après un arrêt et une mise à jour, la phase 2 du LHC débutera et permettra d’accumuler dix fois plus de données que la précédente. Elle étudiera les propriétés du boson plus en finesse et découvrira peut-être des signes de nouvelle physique.