LE BOSON DE HIGGS : Le Graal scientifique ?

Un article récent affirme que les scientifiques ont découvert la Force!
http://www.gizmodo.fr/2011/12/08/les-scientifiques-ont-decouvert-la-force.html

De quoi s'agit il en réalité? Et bien il semblerait que les scientifiques du CERN aient réussi à démontrer l'existence de cette particule élémentaire, qu'on appel également la particule de Dieu, grâce au L.H.C installé en Suisse. Ces résultats doivent encore être confirmés d'ici à quelques mois, le temps pour les scientifiques de reproduire leurs expériences et donc l'existence de cette fameuse particule.

Intéressons nous donc à cette mystérieuse particule élémentaire et à ses implications dans la physique moderne.

Qu'est ce qu'un Boson de Higgs ?


Le terme « particule de Dieu » a été inventé par le physicien Leon Lederman en 1993 dans son ouvrage de vulgarisation scientifique The God Particule: If the Universe Is the Answer, What Is the Question? La particule à laquelle le titre fait référence est le boson de Higgs.
La particule qui porte aujourd’hui le nom de boson de Higgs n’a encore jamais été observée. Imaginé en 1964, le boson de Higgs, s’il est découvert, serait une pièce manquante cruciale du puzzle que représente le modèle utilisé par les physiciens pour décrire les particules élémentaires et leurs interactions : le modèle standard.


Les théories et les découvertes de milliers de physiciens au cours du siècle dernier ont permis d’obtenir un aperçu remarquable de la structure fondamentale de la matière : on a découvert que tout dans l'Univers était fait de douze constituants de base appelés particules élémentaires, gouvernées par quatre forces fondamentales.
C’est le modèle standard de la physique des particules qui nous aide le mieux à comprendre la façon dont ces douze particules et dont trois des quatre forces élémentaires sont reliées entre elles. Élaboré dans les années 60 et 70, il a permis d'expliquer les résultats d’un grand nombre d’expériences et de prédire avec exactitude une grande variété de phénomènes. Avec le temps, et bien des expériences plus tard, le modèle standard s’est imposé comme une théorie ayant de solides fondements expérimentaux.

Dans les années 60, les physiciens commencèrent à prendre conscience de l’existence de liens très étroits entre deux des quatre forces fondamentales : la force faible et la force électromagnétique. Ces dernières pouvaient êtres décrites dans une théorie unifiée, qui constitue la base du modèle standard. Cette unification implique que l’électricité, le magnétisme, la lumière et certains types de radioactivité sont tous des manifestations d’une seule et même force appelée force électrofaible.
Cependant, pour que cette unification soit vérifiée mathématiquement, il faut partir du principe que les particules porteuses de force n’ont pas de masse. Or, nous savons grâce aux expériences que cela n'est pas le cas. Les physiciens Peter Higgs, Robert Brout et François Englert ont proposé une solution à cette énigme.
Leur théorie est que, juste après le Big Bang, aucune particule n'avait de masse. Lorsque l’Univers a refroidi et que la température est tombée en dessous d’un seuil critique, un champ de force invisible appelé « champ de Higgs » s’est formé en même temps que la particule qui lui est associée, le « boson de Higgs ». Ce champ est présent dans tout le cosmos : par l'intermédiaire du boson de Higgs, n'importe quelle particule interagissant avec lui acquiert une masse. Plus les particules interagissent avec le champ de Higgs, plus elles deviennent lourdes. Au contraire, les particules qui n'interagissent pas avec ce champ ne possèdent aucune masse.
Cette idée apporta une solution satisfaisante et était en adéquation avec les théories et les phénomènes établis. Le problème est que personne n’a jamais observé le boson de Higgs lors d’une expérience pour confirmer cette théorie. Trouver cette particule permettrait, d’une part, de mieux comprendre pourquoi certaines particules ont une masse et, d’autre part, de contribuer au développement de la physique.
Cependant, nous ne connaissons pas la masse du boson de Higgs lui-même, ce qui rend son identification encore plus difficile. Les physiciens doivent donc procéder systématiquement en le cherchant dans la gamme de masses dans laquelle il est censé se trouver. C’est cette gamme qu’explorera le Grand collisionneur de hadrons, dont le rôle sera de déterminer l'existence du boson de Higgs. Mais, si l’on ne trouve pas ce boson, on trouvera autre chose qui viendra compléter la théorie. Quoi qu’il en soit, notre connaissance de l’Univers en sera améliorée.

source : http://angelsanddemons.web.cern.ch/fr/faq/what-is-the-god-particle

Intéressons nous donc à cette modélisation physique des particules.

1/ Le modèle standard :

C'est la théorie actuelle qui permet d'expliquer la plupart des phénomènes observables à l'échelle des particules. Ce modèle englobe donc toutes les particules connues ainsi que les trois interactions à l'échelle des particules :

1. Interaction Electromagnétique
2. Interaction Forte
3. Interaction faible

Seule la Gravitation résiste pour le moment à cette modélisation et empêche d'unifier totalement la physique quantique et la physique.
Ce modèle standard explique les inter actions entres ces particules par le biais de 2 interactions distinctes, qui s'explique par l'échange de bosons comme étant les vecteur de cette dernière. Il prédit aussi l'existence de ce fameux Boson de Higgs, qui permettrait d'expliquer la masse de certaines particules censé ne pas en avoir.

2/ Les particules élémentaires : 

Les particules élémentaires de ce modèle sont au nombre de 24.

3/L'Electromagnétique Quantique ou QED

Dans la QED

Le neutrino n'ayant aucune charge électrique, c'est le seul fermion élémentaire qui n'est pas sensible à l'interaction électromagnétique.


4/ La Chromodynamique Quantique ou QCD

Dans la QCD, l'inter action forte est expliqué comme étant l'échange de gluons entre fermions élémentaires. Les gluons sont donc les vecteurs de cette dernière. Il existe 8 gluons de charges de couleurs différentes (4 couleurs et 4 anti couleurs).

Seuls les quarks possèdent une charge de couleur, les leptons sont donc neutres vis à vis de l'interaction forte, ils n'y sont donc pas sensibles. La charge de couleur peut prendre trois "valeurs" : elle peut être rouge, verte ou bleue (ces couleurs n'ont rien à voir avec les couleurs visibles, c'est simplement une façon poétique de nommer une notion n'ayant pas d'équivalent à notre échelle).
 Les gluons possèdent eux-mêmes une charge couleur. Ainsi, lors d'un échange de gluon entre quarks, les quarks échangent leurs couleurs respectives.

 La masse des gluons est nulle, mais comme ils portent une charge de couleur et donc peuvent interagir entre eux, la portée de l'interaction forte n'est pas infinie, elle est de l'ordre de 10^-15m, elle est donc très courte ! Le comportement de l'interaction forte est ainsi assez bizarre : plus les quarks sont éloignés, plus leur interaction est forte... A la limite où ils sont infiniment proches, ils n'interagissent plus du tout, c'est ce qu'on appelle la liberté aymptotique. Cette caractéristique est à l'origine du confinement des quarks à l'intérieur des hadrons : les quarks ne peuvent pas être libres. Les particules directement observables sont donc les hadrons, c'est à dire des états liés de plusieurs quarks. Ces hadrons doivent être "blancs", c'est à dire avoir une charge de couleur nulle. Ainsi, on peut avoir :

• Des baryons, qui contiennent 3 quarks.  

• Des mésons, qui contiennent un quark et un anti quark. 

5/ Les deux aspects de l'inter action faible : 

L'inter action faible présente donc 2 aspects.

• L'interaction faible par courants chargés où les inter actions sont appelées W+ et W-

• L'inter action faible par courant neutre appelée Z0

Ces deux formes d'inter actions agissent sur tous les fermions élémentaires et c'est la seul action à laquelle est sensible le neutrino.
La masse des W et du Z⁰ est très élevée (80GeV pour les W et 91GeV pour le Z⁰, soit presque cent fois plus qu'un proton), la portée de l'interaction faible est donc très courte, de l'ordre de 10^-18m !

 Les W ont une charge électrique non nulle, ce qui signifie que lors de l'échange d'un W, les fermions changent de charge électrique, ils changent donc aussi de saveur (on appelle la "saveur" d'un fermion sa nature : électron, neutrino, quark u, quark d, etc...). Ainsi, la radio activité beta d'un neutron est expliquée par l'émission d'un W^- par un quark d du neutron, qui change donc alors de saveur et devient un quark u, puis le W^- se matérialise en un électron et un anti-neutrino électronique.

6/ Le Boson de Higgs

Dans le modèle standard, toutes les particules (matière et rayonnement) devraient être de masse nulle. Ce qui pose un gros problème puisque de nombreuses particules connues ont des masses non nulles.

Les Théoriciens ont alors eu l'idée d'ajouter une nouvelle inter action un peu différente, ainsi qu'une nouvelle particule, le fameux Boson de Higgs. Les inter actions élémentaires de masse nulle et cette particule donnent alors une masse aux Femions.

C'est cette fameuse particule qu'affirme avoir observé l'équipe de scientifique du CERN. Cette particule malgré son le fait qu'on la nomme parfois particule de Dieu, n'as pourtant rien à voir avec une preuve de l'existence de dieu, dans l'esprit des scientifiques. Cette appellation lui fut donner afin d'attirer l'attention sur son importance dans l'explication des inter actions élémentaires.

Quoiqu'il en soit au delà des explications scientifiques peu accessible pour les profanes comme vous et moi, ce qu'il faut retenir de cette annonce, c'est que les scientifiques viennent peut être de réaliser un pas de géants dans la compréhension des lois qui régissent l'Univers.
De plus cette découverte si elle se confirme, ouvre des nouveaux champs de recherche qui pourront à terme complètement révolutionner notre monde de vie.

Inutile donc de voir dans cette découverte, une nouvelle folie scientifique ou même un nouveau danger pour l'humanité, c'est même tout le contraire.