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À l’affut des particules de Higgs

CAMBRIDGE – Les chercheurs en physique des particules sont confrontés depuis cinquante ans à un problème théorique inattendu. Leurs modèles mathématiques les plus poussés pouvaient incorporer une partie des forces naturelles expliquant la structure et le comportement de la matière à une échelle fondamentale, comme l’électromagnétisme et l’interaction nucléaire faible responsable de certaines désintégrations radioactives. Mais ces modèles ne sont valides que si les particules à l’échelle atomique sont dépourvues de masse. Or, comment de gigantesques échafaudages de telles particules – protéines, organismes, planètes – peuvent-ils se comporter comme ils le font si leurs éléments constitutifs ne pèsent rien du tout ?

Certains théoriciens ont imaginé une solution astucieuse en proposant l’existence d’un type de particules indétectable jusque-là et que l’on a fini par nommer « bosons de Higgs » en l’honneur du physicien britannique Peter Higgs. Pendant un demi-siècle, les physiciens se sont donc mis en quête de ces particules insaisissables. Grâce aux recherches expérimentales menées au CERN, le laboratoire en physique des particules dont les installations s'étendent près de Genève, les chasseurs de bosons pourraient bientôt cerner leur proie.

À première vue, le concept qui sous-tend l’existence des particules de Higgs semble invraisemblable. Higgs et ses collègues émettaient l’hypothèse que toutes les particules élémentaires sont en fait sans masse, en accord avec les modèles mathématiques, et donc que, normalement, toutes les particules circulent à la vitesse de la lumière. Mais prenons pour hypothèse que tout ce qui nous entoure – chaque particule individuelle de l’univers – baigne dans un chaudron cosmique invisible rempli de particules de Higgs. Lorsque les autres types de particules se déplacent du point A au point B, elles se heurtent constamment aux particules de Higgs, freinant ainsi leur course. Lorsqu'on parvient à les observer, elles semblent avancer au rythme des chalands dans la cohue des grands magasins avant le réveillon. De cette progression plus lente, on peut déduire que les particules sont dotées de masse.

Malgré le fait que la quête cinquantenaire d'une particule hypothétique évoquant un étrange mythe antique semble quelque peu chimérique, le boson de Higgs sert néanmoins de pilier central au « Modèle standard » de la physique des particules élémentaires. Chaque validation expérimentale du modèle correspond jusqu’ici aux prévisions de la théorie. Dans certaines expériences frappantes, l’accord entre les prédictions théoriques et les mesures expérimentales s’étend à douze décimales, faisant du Modèle standard la théorie scientifique la plus précise de l’histoire humaine. Le modèle réussit aussi à décrire trois des quatre forces fondamentales de la nature ; la gravitation restant toutefois hors de sa portée.