Thomas Durt revient sur les découvertes historiques du physicien Peter Higgs

La découverte du boson de BEH a été rendue possible grâce à des collisions de particules générées par le grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN. Imaginez un anneau de 27 kilomètres de circonférence, formé de milliers d’aimants supraconducteurs et doté de structures accélératrices pour accroitre l’énergie des particules à chaque passage. Il fallait déjà être doté d’une telle infrastructure !

Par ailleurs, on ne peut pas « trouver » le boson de Higgs facilement. Il doit être produit au cours d’une collision de particules puis se désintégrer en d’autres particules qui peuvent alors être identifiées dans des détecteurs, grands comme des immeubles. Cette collision spécifique se produit rarement, environ une fois sur 10 milliards de collisions.

Cela a pris des années de recherche et de développement technologique pour construire le LHC et ses détecteurs, ainsi que pour obtenir suffisamment de données et enfin analyser les milliards de données produites par ces expériences. C’est si long que Higgs ne pensait pas que l’on puisse faire cette découverte de son vivant (source) !

Le mécanisme de brisure de symétrie qu’il avait proposé, avec Englert et Brout, a été confirmé avec la découverte du boson de BEH en 2012, après cinquante années de traque et des dépenses jamais engagées pour une expérience scientifique. Cette longue attente montre à quel point la recherche en physique des particules peut être exigeante et nécessiter des décennies de travail. « D’ailleurs quand j’avais 22 ans, j’ai fait mon mémoire avec Robert Brout, donc en 87. Cela faisait déjà 23 ans qu’il avait fait ce calcul. Il en avait déjà assez d’attendre en 87 et se plaignait que d’autres avaient déjà reçu leur prix Nobel. Mais il aura fallu attendre 2013, soit deux ans après son décès pour que le Nobel soit décerné. Malheureusement c’est souvent le cas. La recherche exige beaucoup de persévérance ».

Nous avons dit que le boson de BEH confère leur masse à d'autres particules élémentaires, et que ceci explique pourquoi les interactions fortes et faibles sont à courte portée. C'est le cas pour les interactions nucléaires (ou interactions fortes) par exemple qui sont à courte distance. Ces concepts étaient inconnus du temps de James Clerk Maxwell et Isaac Newton qui eux avaient étudié l’électromagnétisme et la gravitation, pour lesquels la portée de l’interaction est infinie.

Il a fallu toutes ces découvertes pour éclaircir les interactions à faible portée qui sont “médiéesˮ par des particules massives.

Bien que leur utilité immédiate puisse ne pas être évidente, ces recherches ont des implications profondes "Le CERN a pris plein de brevets, on utilise des accélérateurs dans les hôpitaux pour produire des rayons X, ou pour permettre des études du cerveau qui sont faites avec des substances radioactives.”

Aujourd’hui, les hôpitaux ont en effet leurs propres mini-accélérateurs de particules, qui leur permettent d’étudier entre autres le cerveau au travers d’une tomographie par émission de positons (PETscan). On utilise quotidiennement ces techniques pour voir ce qu’il se passe à l’intérieur du cerveau et comprendre son fonctionnement, par exemple quelles zones sont liées à la détection des couleurs, au langage, etc.

Mais surtout, si on n’avait pas découvert ce boson de BEH, « ça aurait posé problème », car entre temps, on avait découvert d’autres prédictions du modèle qui s’appuyaient sur cette hypothèse. Cette découverte permet de continuer et d’aller de l’avant vers toujours plus de sciences et d’explications de notre monde tel qu’on le connait.