De nouvelles recherches menées par des physiciens de l’expérience Compact Muon Solenoid du CERN au Grand collisionneur de hadrons ont confirmé que le boson de Higgs se désintègre en fermions, comme le prévoit le modèle standard de la physique des particules.
Le boson de Higgs se désintègre en quatre muons : les lignes indiquent d’autres particules, et l’énergie déposée est indiquée en bleu. Crédit image : CMS.
En 2012, les expériences CMS et ATLAS du CERN ont annoncé la découverte d’un nouveau boson d’une masse proche de 125 GeV et aux propriétés compatibles avec celles attendues pour le boson de Higgs – une particule fondamentale proposée pour la première fois en 1964.
Dans le modèle standard, le boson de Higgs est une particule de spin zéro qui devrait provenir du champ de Higgs, responsable de la rupture de la symétrie électrofaible. En tant que tel, le boson de Higgs est directement couplé au champ de Higgs. W et Z bosons, et indirectement aux photons.
A ce jour, les physiciens ont confirmé que le boson de Higgs se désintègre en γγ, WW, ou ZZ paires de bosons, comme le prévoit la théorie.
Mais le modèle standard prédit également que le boson se désintègre en fermions.
“Dans la nature, il existe deux types de particules : les fermions et les bosons. Les fermions, quarks et leptons, constituent toute la matière qui nous entoure. Les bosons sont responsables de la médiation de l’interaction entre les particules élémentaires”, a expliqué le Dr Ketino Kaadze de l’Université d’État du Kansas, co-auteur de l’article publié dans la revue Nature Physics.
À l’aide des données recueillies au Grand collisionneur de hadrons en 2011 et 2012, le Dr Kaadze et ses collègues ont démontré que le boson de Higgs se désintègre en quarks inférieurs et en leptons tau, qui appartiennent tous deux au groupe des particules fermions.
“Ceci a également été prédit en 1964 mais n’a été observé qu’après l’identification du boson de Higgs en 2012”, a ajouté le Dr Kaadze.
“Cette prédiction a été confirmée – une forte indication que la particule découverte en 2012 se comporte effectivement comme la particule de Higgs proposée dans la théorie”, a déclaré le co-auteur, le professeur Vincenzo Chiochia de l’Institut de physique de l’Université de Zurich.
Il a ajouté : “c’est un grand pas en avant. Nous savons maintenant que le boson de Higgs peut se désintégrer à la fois en bosons et en fermions, ce qui signifie que nous pouvons exclure certaines théories prédisant que la particule de Higgs ne se couple pas aux fermions.”
“Nous pensons que le boson est responsable de la génération de la masse des particules fondamentales”, a déclaré le Dr Kaadze.
“Par exemple, les électrons acquièrent leur masse en interagissant avec le boson de Higgs. Comme les électrons ne sont pas sans masse, ils forment des orbites stables autour des noyaux, permettant ainsi la formation de la matière électriquement neutre dont la Terre et nous tous sommes faits”, a-t-il ajouté.
“Même de légères modifications des masses des particules fondamentales qui nous entourent changeraient l’Univers de manière très radicale, et le boson de Higgs est la pièce maîtresse qui relie tout cela.”
Le boson de Higgs était le dernier élément clé nécessaire pour confirmer le modèle standard : une théorie à basse énergie qui explique le fonctionnement de l’Univers aux plus petites échelles de longueur.
