Journal Rumeurs de Higgs

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48
22
avr.
2011

Deux ans après le précédent journal LinuxFR qui faisait le point sur la chasse au boson de Higgs ou en est la recherche ? Quelles sont les dernières rumeurs du monde de la physique des particules....et surtout qui va gagner la course entre le LHC européen et le Tevatron américain pour trouver cette particule cruciale ?

Tout d'abord il est à noter que le Tevatron semble distancé dans cette compétition. Les problèmes budgétaires de l'état fédéral américain ont conduit à la décision de fermer le collisionneur dès septembre prochain. A moins qu'une découverte de dernière minute n'intervienne on peut considérer que le le Tevatron est out. Les faisceaux de LHC sont déjà 7 fois plus puissants que ceux de son concurrent américain mais en plus le niveau de luminosité (nombre d'interactions par seconde) a récemment battu le record du Tevatron. L'augmentation des performances du LHC se fait bien plus rapidement que prévu et le combat devient trop inégal.

Mais ce qui est vraiment intéressant et nouveau ce sont les rumeurs de découverte qui bruissent sur les blogs aujourd'hui !

Un mémo interne de l'expérience ATLAS (un des deux gros détecteurs du LHC) a fuité sur le net et a mis le feu aux poudres. Dans le résumé de ce mémo confidentiel une phrase attire l'attention passionnée des physiciens du monde entier:

we observe a γγ resonance around 115 GeV with a significance of 4σ

Alors c'est sûr que dit comme ça cela ne semble pas révolutionnaire et il faut décortiquer un peu. Une "résonance yy" c'est simplement une manière de dire qu'une particule à courte durée de vie s'est transformée en deux photons. Les modèles prévoient que ce mode yy est le principal signal qu'il faut guetter quand on cherche le boson de Higgs. Le "115 GeV" c'est la masse de cette particule hypothétique. Enfin le "4σ" (4-sigma) c'est une mesure de la probabilité que le signal soit réel. On considère généralement qu'une mesure à 3-sigma est intéressante et quand on est à 5-sigma on peut ouvrir le champagne et annoncer officiellement au monde qu'on a fait une découverte.

Les blogs de physiciens des particules qui analysent les informations de ce mémo et spéculent sur la vraisemblance de la découverte:

Il y a deux arguments assez solides qui permettent d'espérer qu'il s'agit d'une vraie découverte. Tout d'abord la probabilité de 4-sigma est forte. On a souvent vu des rumeurs à 3-sigma s'évanouir par la suite mais 4-sigma c'est déjà assez solide.

Ensuite il ne faut pas oublier les résultats du LEP. Ce collisionneur européen qui a fonctionné jusqu'en 2000 faisait se percuter des électrons et des positons. C'est un mode d'investigation bien plus "propre" que les protons du LHC puisque les électrons sont des particules élémentaires sans constituants internes. Certes le LEP était moins puissant que le LHC (209 GeV en pointe contre 7 Tev pour le LHC et même 14 TeV en 2013) mais les collisions plus propres permettent de "voir" plus facilement les signaux. Juste avant la fermeture définitive du LEP un signal avait été détecté qui semblait pointer vers un boson de Higgs à 115 Gev. La découverte n'avait pu être confirmée car le LEP a été stoppé pour faire place, dans le même tunnel, au LHC.

Donc si on résume la situation il semble que le détecteur ATLAS ait détecté un fort signal qui pourrait correspondre à un Higgs de 115 GeV et que ce signal est, surprise, surprise, parfaitement compatible avec la dernière observation du LEP.

Pourquoi alors est-ce que les physiciens s'écharpent sur le web au lieu d'attendre patiemment de connaitre le fin mot de l'histoire ? C'est que le signal observé est plus fort que les prévisions des modèles. Bien plus fort. En fait il est 30 fois plus fort que tout ce qui avait été envisagé !

Un Higgs léger à 115 GeV est tout a fait explicable par le Modèle standard et la théorie supersymétrique mais ce taux de formation énorme est tout à fait inattendu. Jester, du blog Resonaances, avoue même:

Je ne connais pas un seul article de théoricien qui prédit ça.

Les chercheurs font donc chauffer leurs neurones pour essayer d'expliquer ce signal surprenant. Contrairement à ce que croient la plupart des gens les scientifiques sont toujours contents quand ils peuvent trouver un phénomène inexpliqué. Cela veut dire qu'il vont devoir bouleverser le corpus déjà maitrisé et qu'il y a des prix Nobel à la clé ! Comme le dit Philip Gibbs sur son blog:

Quoi que ce soit, et si c'est réel, alors c'est presque certainement un phénomène au delà du Modèle standard et donc c'est très excitant.

Il faut quand même garder la tête froide au sujet de ces rumeurs. Un mémo interne qui fuit sur le web c'est quand même très différent d'un article dans une revue à comité de lecture. Le LHC va devoir accumuler plus de données pour pouvoir confirmer ou infirmer l'existence de ce mystérieux signal. On peut déjà trouver des analyses sceptiques comme celle de Tommaso Dorrigo qui juge que la confiance ne serait en réalité que de 3-sigma et que les précédents résultats du Tevatron sont incompatibles avec un tel taux de formation du boson de Higgs. Une mauvaise langue (pas moi non !) pourrait faire remarquer que Tommaso est membre de l'équipe de CMS qui est le détecteur concurrent d'ATLAS ;-)

De toute façon nous devrions avoir la réponse avant la fin de l'année puisque le LHC engrange les données comme un fou.

Cela va être difficile de ronger son frein en attendant la réponse que tout le monde espère !

It may well turn out to be a false alarm... or it could be the discovery of the century... stay tuned.

  • # Autre chose

    Posté par . Évalué à 5.

    Personnellement, le boson de Higgs, je n'y crois pas trop. Ce boson ne serait pas un boson de jauge comme tous ceux qu'on a trouvé jusqu'à présent. Je ne comprends pas ce qui permettrait à un boson qui ne serait pas un boson de jauge de briser une symétrie. ça m'a l'air tiré par les cheveux et trop compliqué. Je pense qu'il doit y avoir une explication plus conventionnelle à la brisure de symétrie observé sur les gluons.

    De plus, rien ne dit que que cette particule à 115GeV soit le boson de Higgs, ça pourrait être autre chose, non? Il n'y a pas aussi des supersymétriques qui pourraient apparaitre à ces niveaux d'énergie?

    • [^] # Re: Autre chose

      Posté par . Évalué à 10.

      Bien joué, j'ai vraiment cru que tu comprenais quelque chose à tout ce charabia ^^

      PS : ne le prends pas mal, je ne mets pas ta parole en doute, c'est juste pour rire !

      • [^] # Re: Autre chose

        Posté par . Évalué à 3.

        En fait, un boson de jauge celà signifie qu'il s'agit d'une particule médiatrice d'une force physique comme le photon pour la force électromagnétique.
        Une brisure de symétrie d'une loi physique, c'est plus compliqué. Dans le cas, le plus simple, on estime que qu'une loi physique est invariante sous certaines transformations (géométrique, temporelle). On dit qu'il y a brisure quand l'invariance ne semble plus s'appliquer. Ici c'est plus compliqué car les mécanisme en jeux sont liés au fait que certains bosons semblent avoir une masse (alors qu'ils ne devraient pas), ce que l'on semble interpréter comme le fait qu'ils nagent dans la mélasse (la mélasse étant des bosons de Higgs).

        • [^] # Re: Autre chose

          Posté par . Évalué à 1.

          Un boson de jauge est une particule qu porte une interaction. Elle est associée à un groupe de symétrie (en gros on tourne sur un cercle). Si cette symétrie est locale (c'est à dire que l'on dépend des coordonnées d'espace-temps) alors le boson de jauge apparait comme nécessaire pour que la physique soit invariante par cette symétrie. Par exemple, si vous exigez que la physique soit invariante de phase (*exp(i theta) par exemple), et que vous exigez qu'elle soit locale, vous faites apparaitre le photon.

          De plus, si cette fameuse symétrie est exacte, alors ce boson de jauge est non-massif (c'est le cas du photon ci-dessus). Or dans les interaction faibles on observe des bosons massifs, ce qui a posé problème au départ, car la théorie des champs ne savait pas générer de masse.

          C'est le mécanisme de Higgs qui a résolu ce problème en postulant l'existence d'une particule supplémentaire, le Higgs, qui grâce à quelques hypothèses permet de résoudre ce problème.

          PS: Quand tu as plus de trois fois le mot « sembler » en lignes faut arrêter de rédiger ton commentaire, on dirait que tu tâtonnes.

          • [^] # Re: Autre chose

            Posté par (page perso) . Évalué à 4.

            Par exemple, si vous exigez que la physique soit invariante de phase (*exp(i theta) par exemple), et que vous exigez qu'elle soit locale, vous faites apparaitre le photon.

            Vu la quantité de photons qui existent, il me semble que les gens sont fort exigeant

            PS: Quand tu as plus de trois fois le mot « sembler » en lignes faut arrêter de rédiger ton commentaire, on dirait que tu tâtonnes.

            Il me semble aussi.

            « Rappelez-vous toujours que si la Gestapo avait les moyens de vous faire parler, les politiciens ont, eux, les moyens de vous faire taire. » Coluche

    • [^] # Re: Autre chose

      Posté par . Évalué à 2.

      "le boson scalaire", tel que décrit actuellement, est peut être un phénomène. Phénomène crée peut être par la présence d'une 'nouvelle' particule. Peut être alors que l'identification précise du phénomène amènera à renommer le 'boson scalaire' en 'conjonction scalaire'.
      ?

      mes deux microcents

  • # Comme d'hab'...

    Posté par . Évalué à 3.

    Bravo patrick_g pour ce journal très clair, dans l'ensemble !

    Bon, y a quand même 2-3 p'tits trucs que je ne comprends pas :

    Enfin le "4σ" (4-sigma) c'est une mesure de la probabilité que le signal soit réel.

    Donc, il y aurait des signaux non réels ? Qu'est-ce donc dans ce cas ? Un artefact ? Une particule qui s'amuse à passer devant le détecteur pour donner de fausses joies aux chercheurs ?

    Comment estime-t-on/calcule-t-on ce σ ?

    • [^] # Re: Comme d'hab'...

      Posté par . Évalué à 4.

      Je crois qu'on observe pas directement les particules dans ce genre d'accélérateurs, mais plutôt ce qu'il se passe quand elles se désintègrent ... on a donc que des traces/preuves indirectes qu'elles étaient bien présente.

      On recherche une certaine "signature" dans les observations, il me semble. Donc l'insertitude doit venir du fait que la signature est plus ou moins imparfaite, ou ne correspond pas exactement à ce qu'ils attendaient ... le degré de certitude doit j'imagine être calculé à partir de la proximité de la trace avec de qu'on attendait ou avec sa clarté. Mais je ne fais que supputer.

    • [^] # Re: Comme d'hab'...

      Posté par (page perso) . Évalué à -3.

      Je m'y connais pas tellement en physique des particules, mais peut être s'agit-il de signal réel, par opposition à un signal complexe.

      Sinon je suis d'accord, ce journal est très bien fait !

    • [^] # Re: Comme d'hab'...

      Posté par (page perso) . Évalué à 10.

      En fait il s'agit de l'intervalle de confiance qui permet d’évaluer si le signal est compatible avec la prédiction

      • 1 sigma -> 0.6826895
      • 2 sigma -> 0.9544997
      • 3 sigma -> 0.9973002
      • 4 sigma -> 0.9999366
      • 5 sigma -> 0.9999994
    • [^] # Re: Comme d'hab'...

      Posté par (page perso) . Évalué à 4.

      Donc, il y aurait des signaux non réels ?

      Il y a du bruit dans ces signaux, causé par d'autre particules qui passent par là (même si on essaye d'éviter en enterrant les détecteurs) et les détecteurs font aussi des erreurs.

      « Rappelez-vous toujours que si la Gestapo avait les moyens de vous faire parler, les politiciens ont, eux, les moyens de vous faire taire. » Coluche

      • [^] # Re: Comme d'hab'...

        Posté par . Évalué à 2.

        Donc, il y aurait des signaux non réels ?
        

        Il y a du bruit dans ces signaux, causé par d'autre particules qui passent par là (même si on essaye d'éviter en enterrant les détecteurs) et les détecteurs font aussi des erreurs.

        En principe le 4σ tient compte de tous les défauts et incertitudes...
        Toute la question est de savoir si ces incertitudes sont correctement évaluées et si elles ne biaisent pas l'estimation !

    • [^] # Re: Comme d'hab'...

      Posté par . Évalué à 5.

      Salut,

      Donc, il y aurait des signaux non réels ? Qu'est-ce donc dans ce cas ? Un artefact ? Une particule qui s'amuse à passer devant le détecteur pour donner de fausses joies aux chercheurs ?

      Il s'agit de mesures statistiques : tout ce que prédit la théorie c'est "on s'attend en moyenne à N événements de tel type pour une quantité donnée de collisions". Quand, en pratique on compte ces événements, le hasard fait que l'on a jamais exactement N mais N plus ou moins une fluctuation statistique. Plus cette fluctuation est grande, plus sa probabilité d’occurrence est petite.
      Ici le modèle standard prédit N événements. On en observerait N'> N, avec un excès correspondant à une grande fluctuation. 4σ est simplement une mesure de la (très petite) probabilité de cette fluctuation.

    • [^] # Re: Comme d'hab'...

      Posté par . Évalué à 3.

      "Une particule qui s'amuse à passer devant le détecteur pour donner de fausses joies aux chercheurs ?"

      ça peut être le cas (je présume) avec par exemple des neutrinos, qui dans certains états peuvent tout traverser. Y compris toutes les sécurités pour éviter les 'parasites'. J'imagine que la probabilité est bien faible, d'une part qu'un traverse au moment d'une observation de réaction, et change d'état pil à ce moment et pil au bon endroit, pour en plus être en état d'interagir avec ce milieu. C'est une probabilité bien faible. Il doit certainement y avoir d'autres (?)

    • [^] # Re: Comme d'hab'...

      Posté par . Évalué à -2.

      Donc, il y aurait des signaux non réels ?

      Ben oui, des signaux entiers, quoi.

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

  • # Question conne d'un prophane

    Posté par . Évalué à 6.

    L'article est intéressant, et le sujet me passionne même si mon niveau de compréhension est proche de zéro.

    Une question toutefois, qui n'a aucun rapport :

    les électrons sont des particules élémentaires sans constituants internes.

    Si je comprends bien, cela veut dire que les électrons sont de vrais briques de base, pas comme les neutrons/protons qui sont constitués de quarks. Ma question est la suivante : En est-on sûr et certain ? Si oui, comment ?

    Pendant des années, on pensait que l'atome était le plus petit élément constitutif de la matière. Puis on a découvert qu'il était constitué d'un noyau de protons et neutrons autour desquels gravitaient les électrons. Ensuite, on a découvert que les protons et neutrons étaient eux-mêmes constitués de quarks. Comment sait-on que les électrons ne sont pas eux-mêmes constitués de briques plus petites ? Même question pour les quarks.

    • [^] # Re: Question conne d'un prophane

      Posté par (page perso) . Évalué à 2.

      Pendant des années, on pensait que l'atome était le plus petit élément constitutif de la matière. Puis on a découvert qu'il était constitué d'un noyau de protons et neutrons autour desquels gravitaient les électrons. Ensuite, on a découvert que les protons et neutrons étaient eux-mêmes constitués de quarks. Comment sait-on que les électrons ne sont pas eux-mêmes constitués de briques plus petites ? Même question pour les quarks.

      Principalement parce qu'on a jamais réussi à les briser comme les atomes. Il y a aussi des théories qui l'expliquent. Cependant il y a aussi des théories qui expliquent que les quarks sont constitués d'autre éléments, cependant, comme on a jamais pu le prouvé, ce n'est pas valide.

      « Rappelez-vous toujours que si la Gestapo avait les moyens de vous faire parler, les politiciens ont, eux, les moyens de vous faire taire. » Coluche

    • [^] # Re: Question conne d'un prophane

      Posté par . Évalué à 4.

      Pendant des années, on pensait que l'atome était le plus petit élément constitutif de la matière. Puis on a découvert qu'il était constitué d'un noyau de protons et neutrons autour desquels gravitaient les électrons. Ensuite, on a découvert que les protons et neutrons étaient eux-mêmes constitués de quarks. Comment sait-on que les électrons ne sont pas eux-mêmes constitués de briques plus petites ? Même question pour les quarks.

      Pour renchérir sur le commentaire ci-dessus : toutes les expériences menées (il y'en a eut beaucoup) confirment jusqu’à présent le modèle standard dans lequel quarks et électrons sont des particules élémentaires.
      Par conséquent si des modèles prédisent que ceux-ci sont composites, ils devront aussi prédire une compatibilité avec une absence de structure dans tous ces expériences... ce qui limite les possibilités théoriques.

      Mais il existe des tas d'autres extensions du modèle standard, car malgré son excellent accord avec l'expérience celui-ci reste insatisfaisant du point de vue théorique. le LHC va peut-etre bientôt nous apprendre laquelle est la bonne : c'est la raison de la grosse excitation du moment !

      • [^] # Re: Question conne d'un prophane

        Posté par (page perso) . Évalué à 3.

        L'expérience permet d'invalider des modèles, pas d'assurer avec certitude qu'un modèle décrit avec exactitude la réalité.

        Cela dit, d'un coté on s'en fout, si les modèles nous permettent de faire des prédictions suffisamment fiables pour qu'elle nous soient utiles, c'est déjà très bien.

        Bref, modèle fiable et utile ≠ modèle qui décrit la réalité.

        • [^] # Re: Question conne d'un prophane

          Posté par . Évalué à 1.

          L'expérience permet d'invalider des modèles, pas d'assurer avec certitude qu'un modèle décrit avec exactitude la réalité.

          Bien sur. Ce que je voulais dire c'est qu'on espère pouvoir faire des coupes sérieuses parmi toutes les alternatives... si tel est le cas laquelle ou lesquelles vont rester ?
          Ce qui est intéressant est que la situation est encore très ouverte : il est possible que la nature favorise définitivement une classe de modèles. Pourquoi ? Qu'est-ce qu'on peut en déduire ?

          Bon, on est pas encore la. Et il peut y avoir des scénarios catastrophes (on trouve le Higgs et rien d'autre). Mais ce sont les questions de ce genre qui motivent les physiciens !

  • # TL;DR

    Posté par . Évalué à -1.

    On est passé du « Boson de Higgs » au précédent journal à la « Rumeurs de Higgs » pour ce journal : en résumé, tout ça pour dire que ce boson est une rumeur. Bravo, tu devrais prendre exemple sur mes journaux pour faire simple, clair et concis : un bon journal est un journal Light !

    « Je vous présente les moines Shaolin : ils recherchent la Tranquillité de l'Esprit et la Paix de l'Âme à travers le Meurtre à Main Nue »

    • [^] # Re: TL;DR

      Posté par (page perso) . Évalué à 10.

      Bof on passe assez naturellement du "Boson de Higgs" au "Higgs" par antonomase.
      Et puis moi je suis partisan des produits du terroir bien bourratifs !

  • # Gravité entropique

    Posté par . Évalué à 0.

    Vous connaissez la théorie entropique de la gravité ?

    Je mentirais si je prétendais avoir tout compris mais c'est quand meme très séduisant comme théorie. J'imagine que dans le cadre de cette théorie il n'y a pas de champs de Higgs, ce qui voudrait dire que la physique théorique est achevée sans meme qu'on le sache.

  • # La rumeur a été démentie

    Posté par . Évalué à 0.

    Fabiola Gianotti présentée comme porte parole d'ATLAS a démenti la rumeur, elle a informé Nature (Naÿtiure) que ce type de signal était retrouvé régulièrement au cours de l'analyse des résultats obtenus mais pour être finalement écartés après vérification des données.

    Dommage, c'était sympa comme feuilleton.

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