A l’aube des années 1970, l’idée d’un boson scalaire massif comme clé de voûte d’un modèle théorique unifié des interactions faibles et électromagnétiques n’était pas encore ancrée dans un domaine qui apprenait encore à vivre avec ce que nous appelons aujourd’hui la norme. modèle de physique des particules. Au fur et à mesure que les différentes percées de la décennie ont consolidé ce cadre théorique, le champ de Brout-Englert-Higgs (BEH) et son boson sont apparus comme le modèle théorique le plus prometteur pour expliquer l’origine de la masse.
Dans les années 1960, il y avait remarquablement peu de citations des articles de Sheldon Glashow, Abdus Salam et Steven Weinberg sur la théorie des interactions faibles et électromagnétiques unifiées. Cependant, tout cela a changé en 1971 et 1972 lorsque, à Utrecht, Gerard ‘t Hooft et Martinus Veltman (un ancien membre du personnel du CERN) ont prouvé que les théories de jauge utilisant le mécanisme de Brout-Englert-Higgs pour générer des masses pour les bosons de jauge sont renormalisables, et sont donc mathématiquement cohérents et peuvent être utilisés pour effectuer des calculs fiables et précis pour les interactions faibles. Cette percée a reçu une large publicité dans une conférence influente de Benjamin Lee du Fermilab lors de la conférence ICHEP qui s’y est tenue en 1972, dans laquelle il a longuement parlé des « champs de Higgs ».
Encouragée notamment par les théoriciens du CERN Jacques Prentki et Bruno Zumino, la collaboration Gargamelle a donné la priorité à la recherche d’interactions à courant neutre faible dans le faisceau de neutrinos du CERN, et leur représentant Paul Musset en a présenté la première preuve directe lors d’un séminaire au CERN sur 19 juillet 1973. Ce premier support expérimental pour l’unification des interactions électromagnétique et faible a suscité un grand intérêt et un examen minutieux, mais a été généralement accepté en quelques mois. La découverte du courant neutre a convaincu les physiciens que le modèle standard naissant était sur la bonne voie. L’ancien directeur général du CERN, Luciano Maiani, cité dans un article du Courrier CERN de 2013, l’exprime ainsi : « Au début de la décennie, les gens ne croyaient généralement pas à une théorie standard, même si la théorie avait tout fait. les signaux ont changé cela. Dès lors, la physique des particules a dû tester la théorie standard.
La percée suivante a eu lieu en 1974, lorsque deux groupes expérimentaux travaillant aux États-Unis, dirigés par Sam Ting à Brookhaven et Burt Richter au SLAC, ont découvert une résonance vectorielle étroite, le J/psi, avec des désintégrations proéminentes en paires lepton-antilepton. De nombreuses interprétations théoriques ont été proposées, dont nous avons discuté au CERN par téléphone lors de séminaires de minuit passionnants avec Fred Gilman au SLAC (presque 40 ans avant Zoom !). L’interprétation gagnante était que le J/psi était un état lié du quark charme et de son antiquark. L’existence de ce quatrième quark avait été proposée par James Bjorken et Sheldon Glashow en 1964, et son utilisation pour supprimer les interactions faibles neutres à changement de saveur avait été proposée par Glashow, John Iliopoulos et Maiani en 1970. Mary K. Gaillard (un long- chercheur invité au CERN), Jon Rosner et Lee ont écrit un article influent sur la phénoménologie du charme en 1974, et les expériences se sont progressivement alignées sur leurs prédictions, la confirmation finale venant en 1976.
L’attention de la plupart des communautés théoriques et expérimentales s’est alors portée vers la recherche des bosons vecteurs massifs W et Z responsables des interactions faibles. Cela a motivé la construction de collisionneurs de hadrons à haute énergie et conduit à la découverte des bosons W et Z au CERN en 1983 par une équipe dirigée par Carlo Rubbia.
Cependant, il a semblé à Mary K. Gaillard, Dimitri Nanopoulos et à moi-même au CERN que la question clé n’était pas l’existence des bosons vecteurs faibles massifs, mais plutôt celle du boson de Higgs scalaire qui permettait au modèle standard d’être physiquement cohérent et mathématiquement cohérent. calculable. A l’époque, le nombre d’articles sur la phénoménologie du boson de Higgs se comptant sur les doigts d’une main, nous nous sommes attachés à décrire en détail son profil phénoménologique, couvrant un large éventail de masses possibles. Parmi les mécanismes de production que nous avons envisagés figurait la production possible du boson de Higgs en association avec le boson Z, qui a suscité un intérêt considérable à l’époque du LEP 2. Parmi les modes de désintégration de Higgs que nous avons calculés, il y avait celui en une paire de photons. Ce canal distinctif est particulièrement intéressant car il est généré par des effets quantiques (diagrammes de boucles) dans le modèle standard.
Malgré notre conviction que quelque chose comme le boson de Higgs devait exister, notre article se terminait par une mise en garde quelque peu ironique : « Nous nous excusons auprès des expérimentateurs de n’avoir aucune idée de la masse du boson de Higgs… et de ne pas être sûr de ses couplages avec d’autres particules, sauf qu’elles sont probablement toutes très petites. Pour ces raisons, nous ne voulons pas encourager de grandes recherches expérimentales sur le boson de Higgs, mais nous pensons que les personnes réalisant des expériences vulnérables au boson de Higgs devraient savoir comment cela peut se produire. »
Cette prudence était en partie due au fait que les physiciens chevronnés de l’époque (Dimitri et moi avions moins de 30 ans à l’époque) considéraient les idées entourant la rupture de symétrie électrofaible et le boson de Higgs avec des yeux plutôt jaunis. Néanmoins, au fil du temps, les massifs W et Z ont été découverts, l’existence ou non du boson de Higgs est apparue à l’ordre du jour expérimental, et aucune suggestion théorique alternative plausible à l’existence de quelque chose comme le boson de Higgs n’a émergé. Les expérimentateurs, d’abord au LEP, puis au Tevatron et au LHC, se sont concentrés de plus en plus sur les recherches du boson de Higgs en tant que dernier élément constitutif du modèle standard, aboutissant à sa découverte le 4 juillet 2012.