Le boson manquant

Dans les années 1970, les physiciens constataient que deux des quatre forces fondamentales, la force faible et la force électromagnétique, sont de même nature. Cette avancée majeure pour la physique des particules a permis l'unification des deux forces dans la même théorie, qui constitue la base du modèle standard. Ainsi, l'électricité, le magnétisme, la lumière ainsi que certains types de radioactivité sont toutes des manifestations d’une seule et même force appelée, logiquement, 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 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 le boson de Higgs, particule qui lui est associée. L’interaction avec ce champ répandu partout dans le cosmos permet aux particules d’acquérir une masse par l’intermédiaire du boson de Higgs. 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 constituait 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 les particules ont la masse qui leur est propre et, d’autre part, de contribuer au développement de la physique. Néanmoins, il y a un problème technique : nous ne connaissons pas la masse du boson de Higgs lui-même, ce qui rend son identification 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 ce boson s’avère introuvable, les physiciens auront le champ libre pour élaborer une théorie complètement nouvelle afin d’expliquer l’origine de la masse des particules.