Découvert il y a 11 ans, le boson de Higgs est devenu un élément crucial pour éclairer la structure fondamentale de l’Univers. Or, les scientifiques du CERN sont parvenus à mesurer sa masse avec une précision sans précédent jusqu’à aujourd’hui : puisque ce paramètre et d’autres de ses caractéristiques ne sont pas déterminés par le Modèle Standard de la physique, son identification peut élargir les horizons de la science et changer notre compréhension de la cosmos et les lois qui le régissent.
Dans le cadre de la Lepton Photon Conference qui s’est tenue en juillet de cette année, la collaboration ATLAS au CERN a rapporté comment a mesuré la masse du boson de Higgs avec plus de précision que jamais: Les expériences conduisent à des mesures toujours plus précises de la masse du boson de Higgs depuis la découverte de la particule en 2012 jusqu’à aujourd’hui, mais cette dernière étude confirme un nouveau record, atteignant une précision de 0,09 %.
Le boson de Higgs : un mystère qui commence à se dévoiler
Il Le boson de Higgs est une particule fondamentale proposée dans le modèle standard de la physique des particules, qui est vitale pour expliquer l’origine de la masse des particules élémentaires, c’est-à-dire les composants de base et les plus petits qui composent tout ce qui existe dans l’Univers. C’est un élément très instable qui se désintègre rapidement : sa demi-vie est de l’ordre de la zeptoseconde, soit un milliardième de seconde.
C’est pourquoi il a été si difficile à détecter, jusqu’à l’énorme puissance du Grand collisionneur de hadrons (LHC) au CENR, le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules à ce jour, a rendu cela possible. L’existence du boson de Higgs et du champ de Higgs associé expliquerait la raison de la présence de masse dans les particules élémentaires. La théorie indique qu’un champ imprègne tout l’espace et que les particules élémentaires qui interagissent avec le champ acquièrent de la masse, tandis que celles qui ne le font pas n’en ont pas.
Selon un communiqué de pressela nouvelle mesure ATLAS combine deux résultats : l’un obtenu par une analyse de la désintégration des particules en deux photons de haute énergiedans un phénomène appelé « canal diphotonique », et une mesure de masse antérieure basée sur une étude de son désintégration en quatre leptons. Il convient de rappeler que, selon les physiciens, les leptons et les quarks sont les éléments constitutifs de base de la matière.
Précision accrue et incertitude réduite
La nouvelle mesure dans le canal diphotonique a donné une masse de 125,22 milliards d’électronvolts (GeV), atteignant une précision de 0,11 %, la mesure la plus précise à ce jour de la masse du boson de Higgs. d’un seul canal de désintégration. Par rapport à la précédente mesure ATLAS sur ce canal, le nouveau résultat réussi à réduire l’incertitude statistique par un facteur de deux.
Par la suite, en combinant cette nouvelle mesure de masse dans le canal diphotonique avec la précédente mesure de masse dans le canal à quatre leptons, a obtenu une masse pour le boson de Higgs de 125,11 GeV, atteignant ainsi une précision de 0,09%. Il s’agit de la mesure la plus précise à ce jour de ce paramètre fondamental.
La connaissance précise de ce paramètre fondamental est d’une grande importance pour développer des calculs théoriques précis qui, à leur tour, permettront aux physiciens de comparer leurs mesures des propriétés du boson de Higgs avec les prédictions du modèle standard. L’existence d’écarts par rapport à ces prévisions indiquerait la présence de phénomènes nouveaux ou inconnus, entrant dans le champ de la soi-disant « nouvelle physique ». La masse du boson de Higgs est également un paramètre crucial pour comprendre l’évolution et la stabilité du vide dans l’Univers, ainsi que la nature de la matière noire.
Référence
Mesure de la masse du boson de Higgs avec désintégrations H→γγ dans des collisions de 140 fb−1 de √s=13 TeV pp avec le détecteur ATLAS. La collaboration ATLAS. ATLAS-CONF-2023-036 (2023).