La particule « boson de Higgs » en vue

Posté par . Édité par Benoît Sibaud, Nÿco, baud123, Malicia, Bruno Michel et tankey. Modéré par Lucas Bonnet. Licence CC by-sa
41
26
déc.
2011
Science

En physique des particules, le modèle standard décrit les différentes particules existantes et leurs interactions (forte, faible et électromagnétique). Wikipédia nous rappelle que :

  • la force électromagnétique s'exerce sur les particules de matière électriquement chargées ;
  • la force nucléaire faible concerne seulement certains quarks et leptons ;
  • la force forte s'exerce entre les quarks et assure la cohérence du noyau. Il existe des particules supports de ces forces et appelées bosons.

Le boson de Higgs est une particule hypothétique, sur laquelle repose la cohérence de ce modèle standard, et notamment le mécanisme de brisure de symétrie de l'interaction électrofaible.

Cette idée d'associer un boson au mécanisme de brisure de symétrie a fait des émules. Le professeur Peter Higgs et ses camarades ont alors eu l'intelligence d'appliquer ce modèle pour résoudre l'incohérence du modèle standard. En effet l'invariance de jauge (une théorie combinant physique et mathématiques) nécessite que les bosons, les particules qui véhiculent l'interaction (photons pour l'électromagnétisme, gluons pour la chromodynamique quantique) soient sans masse. Or l'interaction faible a des bosons qui présentent une masse très élevée !

(je résume : « la théorie prévoit des bosons sans masse, or ils en ont une élevée »)

Le mécanisme de brisure de symétrie est basé sur les travaux de Nambu et Goldstone, alors chercheurs en physique des particules et précurseurs de la chromodynamique quantique, au début du siècle dernier (c'est fou comme le temps passe vite). La brisure de symétrie intervient pour donner une masse aux mésons pi, constitués de deux quarks, l'un étant l'anti-particule de l'autre.

(je résume : « la brisure de symétrie apporterait une solution en leur donnant une masse »)

À très haute énergie, quand la masse de ces bosons devient négligeable, l'interaction électromagnétique est unifiée avec l'interaction faible. Mais ce mécanisme de brisure implique l'existence d'une autre particule, un boson scalaire (neutre) qui jusque là n'a jamais été observé.

(je résume : « par contre, la brisure de symétrie implique l'existence d'un autre boson dit "de Higgs" »)

Cette masse est en fait un indicateur de la brisure de symétrie de jauge de l'interaction électromagnétique faible en deux groupes de jauge, U(1) pour la force électromagnétique et une force faible véhiculée par les bosons faibles.

La communauté scientifique pouvait bien se gausser de ce fabuleux « Higgs », la particule de Dieu ! Les expérimentateurs n'avaient pu que spéculer sur son existence. C'est maintenant une époque révolue, car il semble que les données convergent fortement vers l'existence d'une particule, de masse approximativement égale à 130GeV, exactement la même masse que les prédictions du modèle standard.

(je résume : « on se rapproche des preuves de l'existence de ce boson de Higgs »)

Une mesure plus précise, avec une incertitude réduite, permettrait d'enfoncer le clou. Mais il est d'ors et déjà probable que la communauté scientifique s'accordera sur l'existence d'un boson de Higgs d'ici quelques temps. Pierre d'angle de la physique des particules expérimentales, la recherche d'un boson de Higgs aura nécessité la construction de plusieurs expériences dédiées. Prochainement, l'expérience du Compact Linear Collider (CLIC) aura pour but d'étudier de manière plus approfondie cette particule qui semble-t-il clôt un chapitre historique de notre connaissance de l'infiniment petit.

NdM : merci aux participants pour l'écriture de cette dépêche, à savoir Nÿco, Benoît Sibaud, Bruno Michel, tankey, Malicia et bien sûr neCua6nahS.

  • # Bonne idée ...

    Posté par . Évalué à  8 . Dernière modification : le 26/12/11 à 08:24

    .. Cet article, d'autant plus que je me suis laissé dire que le CERN est grand consommateur de logiciels libres ... par contre, je ne sais pas si Wikipédia le rappelle, mais depuis déjà un bon bout de temps, le modèle standard considère comme unifiées les forces électromagnétique et faible (force électrofaible, donc), leurs divergences étant relatives à leur échelle d'application.

  • # blog blog

    Posté par . Évalué à  5 .

    J'ai trouvé l'article suivant très éclairant sur ces histoires de brisure de symétrie et de boson de Higgs: http://sciencetonnante.wordpress.com/2011/11/21/le-boson-de-higgs-explique-a-ma-fille/

    • [^] # Re: blog blog

      Posté par (page perso) . Évalué à  10 .

      Je profite de l'occasion pour partager l'excellent cours de vulgarisation que je relis de temps en temps pour ne pas etre largue:
      http://molaire1.perso.sfr.fr/plan.html
      Il faut ne pas etre rebute par l'aspect site des annees 90, mais apres ca vaut le coup. Revision complete, depuis la composition du noyau jusqu'au boson de Higgs, en passant par la physique quantique et le chat de Shroedinger.

      Excusez l'absence d'accents dans mes commentaires, j'habite en Allemagne et n'ai pas de clavier francais sous la main.

      • [^] # Re: blog blog

        Posté par . Évalué à  3 .

        Merci, ce site est vraiment très intéressant !

        Article Quarante-Deux : Toute personne dépassant un kilomètre de haut doit quitter le Tribunal. -- Le Roi de Cœur

    • [^] # Re: blog blog

      Posté par . Évalué à  3 .

      Brisure symétrie expliqué par François Englert lui-même

      http://cdsweb.cern.ch/record/1331871
      http://web.me.com/fenglert/Site/Talks_files/broken.pdf

  • # Mode Denisot

    Posté par . Évalué à  10 .

    Maintenant qu'on commence à voir la particule, on peut s'occuper de la partie tête.

    (Désolé)

    Article Quarante-Deux : Toute personne dépassant un kilomètre de haut doit quitter le Tribunal. -- Le Roi de Cœur

  • # dur dur

    Posté par . Évalué à  4 .

    Peut-être que mon niveau en physique est vraiment trop élémentaire (après tout on ne fait pas de physique des particules au lycée), mais je trouve que l'article manque un peu de vulgarisation. Surtout qu'il s'adresse ici plus à des informaticiens plutôt que des physiciens.

    Bon après peut-être que ça vient de mon niveau trop élémentaire de physique.

    ;; elf32

    • [^] # Re: dur dur

      Posté par . Évalué à  4 .

      Pour ma part, au contraire, j'ai bien apprécié les explications détaillées suivies d'un petit résumé d'une phrase après chaque paragraphe, ça permet de rendre compréhensible sans que ce soit simpliste.

      • [^] # Re: dur dur

        Posté par . Évalué à  -1 .

        Ben en dehors des résumés, il me semble que seul quelqu'un du domaine comprend ce qui est dit (notamment à cause de beaucoup de vocabulaire non définit), et quelqu'un du domaine n'apprend rien en lisant ça. Ça me fait penser à certain articles de Wikipedia...

        • [^] # Re: dur dur

          Posté par (page perso) . Évalué à  5 .

          Je ne suis pas d'accord, je ne suis pas du tout du domaine et j'ai quand même compris en partie de quoi ça parlait et appris quelque chose.

          « Moi, lorsque je n’ai rien à dire, je veux qu’on le sache. » Raymond Devos

        • [^] # Re: dur dur

          Posté par (page perso) . Évalué à  9 .

          Si on n'a pas tout compris, ce qui est assez normal, surtout dans ce domaine, il faut suivre les liens qui permettent d'approfondir les concepts. Certes, ce n'est pas trivial, mais très intéressant.
          Et puis la culture ne se résume pas à connaître quelques poésies, les auteurs de littérature, le cinématographe et les chanteurs à la mode ! La culture c'est aussi connaître le monde dans lequel nous vivons et comprendre comment fonctionnent les semi-conducteurs, les ordinateurs, le téléphones portables, la télévision...
          Il ne s'agit pas de refaire les calculs, mais de comprendre les principes.

          Ceux qui se disent cultivés et omettent toute culture scientifique ne sont que les infirmes de notre temps.

          C'est dur, mais nous ne sommes plus à l'époque de Diderot où on croyait qu'il était possible de mettre tout le savoir humain dans une seule encyclopédie. d'ailleurs nos dirigeants ont presque toujours un siècle de retard !

          • [^] # Re: dur dur

            Posté par (page perso) . Évalué à  7 .

            Ca me rappelle le jour ou le producteur d'Enrico Macias et Stephen Jay Gould ont passés l'arme à gauche, France Inter a parlé toute la journée du producteur, et pas un mot de l'Einstein de la biologie. Grrrr

            Un pays bien organisé est celui où le petit nombre fait travailler le grand nombre, est nourri par lui, et le gouverne - Voltaire

    • [^] # Re: dur dur

      Posté par . Évalué à  8 .

      La physique des particules, c'est quand un domaine très compliqué. Rien que le mot « théorie de jauge » désigne un concept réellement novateur de la physique (Yang et Mills, années 50). C'est quelque chose qui peut prendre des mois, voire des années pour être réellement compris.

      Alors arriver à expliquer ce qu'est le boson de Higgs à une personne ordinaire, c'est un exercice de très haut niveau. Ça requiert un niveau élevé un physique et une excellente capacité à vulgariser.

      Quand j'ai esquissé cette dépêche, j'ai décidé de ne pas trop vulgariser, afin de parvenir à dire tout de même quelque chose d'intéressant et pertinent historiquement ainsi que scientifiquement.

      Ne t'en fais pas si tu n'as pas compris. Je trouve que c'est très honnête de le dire, et cela ne me surprend pas car cela nécessite déjà d'avoir un esprit très réceptif pour être capable de comprendre de quoi il s'agit.

      Je trouve admirable que tu t'y sois intéressé malgré tout. Si j'ai un conseil à te donner, si tu t'intéresses à la physique, ne t'attache pas trop à tes cours de physique de lycée, car ils sont vraiment loin des concepts de la physique moderne. Comprends les, mais sache que la physique va bien au delà de ce que tu apprends au lycée et probablement de ce que tu apprendras dans tes premières années de fac.

      Systemd, the bright side of linux, toward a better user experience and on the road to massive adoption of linux for the desktop.

      • [^] # Re: dur dur

        Posté par (page perso) . Évalué à  2 . Dernière modification : le 27/12/11 à 14:52

        Je ne pense pas que d'expliquer le Boson de Higgs, en gros, soit très complexe, le plus dur est je pense d'introduire son importance et pourquoi il est là (et là ça devient très compliqué).

        Je pense après que le plus important pour les personnes qui ne s'y connaissent pas vraiment en physique des particules, la découverte du boson de Higgs permettrait de dire que le modèle standard, la base de la physique des particules depuis plusieurs années, est valide en pratique. Par conséquent ce modèle devrait devenir théorie stable et fiable, sans doute plus que la relativité ou la mécanique quantique en soi.

        C'est un résultat qui est donc en théorie très important, après est-ce que ça le sera en pratique (à savoir, des résultats supplémentaires pourront-ils en découler) ? Personnellement je ne le sais pas.

    • [^] # Re: dur dur

      Posté par . Évalué à  6 .

      À signaler l'application LHsee pour Android. Disponible depuis octobre, et d'autant plus intéressante aujourd'hui qu'elle a été mise à jour il y a peu de temps. Au menu maintenant :

      • explorer le LHC : un accès à quelques vidéos bien sympas.
      • Qu'est ce que Atlas : une explication claire et simple du fonctionnement général
      • Atlas en 3D : représentation en 3D fil de fer du détecteur
      • La chasse au boson scalaire de Higgs : exercice dans lequel il faut trouver le type de particules en jeu (muon et anti-muons, neutrino, positron...) dans une série d'évènements
      • Voir des évènements, en 3D : l'app télécharge des données d'évènements...
      • Idem mais en 2D.
  • # Force forte et Al.

    Posté par . Évalué à  2 .

    la force forte s'exerce entre les quarks et assure la cohérence du noyau. Il existe des particules supports de ces forces et appelées bosons.

    La force forte s'exerce entre les particules portant une charge de couleur (dont les quarks, qui sont les seuls fermions portant une charge de couleur). Les particules supports de cette force s'appellent «gluons» et sont aussi porteur d'une charge de couleur.

    Le fait que les bosons vecteurs de la force forte portent la charge associée fait que l'interaction forte diminue d'intensité lorsque la distance décroît. A contrario, elle augmente lorsque la distance croit, ce qui explique qu'on ne puisse pas observer de quark isolé : tenter de séparer des quarks fait "claquer" le vide dès que la distance devient suffisamment grande (les phénomènes associés que l'on observe dans les détecteurs de particules sont appelés "jet", et peuvent se comprendre comme la matérialisation de l'échange de gluons entre les quarks originaux sous la forme de plusieurs paires quark/antiquark — ce qu'on appelle des mésons).

    Lorsque la distance augmente, on ne peut donc pas observer les échanges de gluons pour mettre en œuvre l'interaction forte, on observe quelque chose qui est plus de l'ordre de l'échange de mésons, les plus légers étant les mésons

    • [^] # Re: Force forte et Al.

      Posté par . Évalué à  0 .

      [L'interaction forte] augmente lorsque la distance croit, ce qui explique qu'on ne puisse pas observer de quark isolé : tenter de séparer des quarks fait "claquer" le vide dès que la distance devient suffisamment grande (les phénomènes associés que l'on observe dans les détecteurs de particules sont appelés "jet", et peuvent se comprendre comme la matérialisation de l'échange de gluons entre les quarks originaux sous la forme de plusieurs paires quark/antiquark — ce qu'on appelle des mésons

      Aurais tu des sources (vulgarisées si possible) sur ce "claquement" et la formation de ces mésons ? C'est pas souvent (ni très naturel comme concept) que l'on vois une force croitre avec la distance. L'augmentation de la distance dans un processus d'échange d'information entre 2 objets tend généralement vers une diminution de l'intensité de l'échange, autant l'inverse impliquerait d'autres choses (c'est ces autres choses qui m'intéressent).

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