Cette image géniale montre le solénoïde compact à muons (CMS), un détecteur polyvalent du Grand collisionneur de hadrons (LHC) qui a participé à la découverte du Higgs en 2012. Dean Mouhtaropoulos/Getty Images Fait amusant :lorsque les physiciens ont fait la découverte historique du boson de Higgs en 2012 à l'aide de l'accélérateur de particules le plus puissant au monde, ils n'ont pas directement détecter la particule insaisissable. Au lieu, ils se sont concentrés sur l'empreinte digitale du vieux Higgsy - une empreinte digitale composée d'autres particules. Maintenant, les physiciens analysant les tonnes de données recueillies lors des deux premiers essais expérimentaux du Grand collisionneur de hadrons (LHC) ont découvert un autre Empreinte de Higgs. Et c'est différent de la découverte de 2012 mais, peut-être, plus profond.
Avant d'aborder les empreintes digitales des particules, Revenons à ce que les physiciens recherchent dans les détecteurs de la taille d'un bâtiment situés autour de l'anneau d'aimants supraconducteurs de 17 milles (27 kilomètres) du LHC. Le LHC accélère des milliards de particules chargées (telles que des protons) à une vitesse proche de la vitesse de la lumière et, grâce à l'utilisation de champs magnétiques extrêmement précis, l'accélérateur heurte ces faisceaux de particules avec d'autres faisceaux de particules accélérés dans la direction opposée. Le fracas de particules qui en résulte produit une énergie intense - le genre d'énergie que l'univers n'a pas vu depuis le Big Bang, il y a 13,8 milliards d'années. Ces collisions de particules reproduisent les conditions du Big Bang, qu'à une échelle infiniment miniaturisée.
Dans le sillage de ces milliards de mini big bangs, l'énergie extrêmement concentrée se condense en de nouvelles particules qui n'existent pas régulièrement dans la nature, comme le boson de Higgs, une particule qui a été théorisée dans les années 1960 par Peter Higgs et François Englert.
La particule de Higgs est un boson de jauge, ou l'intermédiaire entre le champ de Higgs et la matière. On pense que le champ de Higgs est omniprésent dans l'univers. Ce champ donne à la matière sa masse, et le boson de Higgs était la "pièce manquante" du modèle standard de la physique des particules, un livre de recettes expliquant comment toute la matière de l'univers devrait fonctionner. Pas étonnant, alors, que sa découverte a valu le prix Nobel de physique 2013 à Higgs et Englert.
Comme nous l'avons déjà souligné, le LHC ne peut pas détecter directement le boson de Higgs. Cette particule instable se désintègre beaucoup trop rapidement pour que même le détecteur le plus avancé puisse la voir. Quand il se dégrade, il crée des produits de désintégration – essentiellement des particules subatomiques régulières qui ne se désintègrent pas aussi rapidement. C'est comme une fusée de feu d'artifice avec une mèche très courte; vous ne voyez le feu d'artifice (boson de Higgs) que lorsqu'il explose (particules de désintégration régulières).
Les physiciens ont fait leur découverte de 2012 grâce aux expériences CMS et ATLAS au LHC, qui a découvert un "excès" de photons émergeant du bruit des collisions de particules. Et ce n'étaient pas n'importe quels photons. Ces photons indiquaient l'existence d'une particule d'une masse d'environ 125 GeV (soit environ 133 fois la masse d'un proton) – un processus de désintégration théorique qui prédit qu'un boson de Higgs se décompose en une paire de photons. Mais les physiciens pensaient que le boson de Higgs pourrait avoir d'autres moyens de se désintégrer (appelés "canaux de désintégration"), et maintenant les physiciens ont détecté le canal de désintégration préféré du Higgs - quand il se transforme en un quark bottom (le deuxième plus lourd des six saveurs de quarks) et son frère antimatière, un anti-quark bottom.
C'est une grande nouvelle. Le boson de Higgs est théorisé pour se désintégrer en paires de quarks inférieurs près de 60 pour cent du temps. En comparaison, le Higgs devrait se désintégrer en paires de photons seulement 30 pour cent du temps. Et avons-nous mentionné qu'il est vraiment difficile de détecter l'empreinte de la désintégration du quark inférieur du Higgs ? Tellement difficile qu'il a fallu six ans pour le faire.
" Trouver un seul événement qui ressemble à deux quarks bottom provenant d'un boson de Higgs n'est pas suffisant, " a déclaré le scientifique Chris Palmer, de l'Université de Princeton, dans un rapport. "Nous devions analyser des centaines de milliers d'événements avant de pouvoir éclairer ce processus, qui se passe au sommet d'une montagne d'événements d'arrière-plan similaires."
Maintenant, les physiciens l'ont fait, et en étudiant le processus de désintégration le plus favorable du Higgs, ils peuvent l'utiliser comme un outil pour étudier la physique au-delà du modèle standard.
Maintenant c'est intéressant"Physique au-delà du modèle standard" signifie simplement "physique que nous ne connaissons pas encore". Souvent étiqueté « physique exotique » ou « nouvelle physique, " ce domaine passionnant dépasse les limites de la physique connue. La particule de Higgs est souvent considérée comme un portail vers une nouvelle physique.
