Pourquoi se préoccuper du boson de Higgs?

Imagine que tu es un(e) grand(e) chef cuisinier à qui l’on sert un délicieux plat que tu ne connais pas. Chercherais-tu à en découvrir la recette? Tu voudrais connaître quels ingrédients ont été utilisés et comment ils ont été combinés pour produire quelque chose d’aussi savoureux. Et ne voudrais-tu pas mettre tes découvertes à l’essai dans la cuisine? Gageons que oui!

Les physiciens sont un peu comme des chefs, mais ils tentent de découvrir la recette de la création de l’Univers. Cette recette serait une équation mathématique. Et au lieu de la tester dans une cuisine, les chercheurs utilisent d’immenses tunnels souterrains comme le Grand collisionneur de hadrons.

On se sert de ces tunnels hautement magnétisés et à très basses températures dans le but d’essayer de reproduire les conditions qui régnaient lors de la création de l’Univers. À cette période, des particules hautement énergisées se déplaçaient à des vitesses vertigineuses, entrant constamment en collision.

À l’intérieur du Grand collisionneur de hadrons, les scientifiques ont découvert le boson de Higgs caché dans la matière restant après une collision de protons. Les physiciens avaient prédit l’existence du boson de Higgs depuis 50 ans. Sa découverte a comblé une importante lacune dans notre compréhension de l’Univers. Les physiciens qui ont été les premiers à décrire la particule – Peter Higgs et Francois Englert – se sont vu décerner le prix Nobel de physique 2013.

Le savais-tu?

La découverte du boson de Higgs a été le résultat de la plus grande et la plus coûteuse expérience de tous les temps. Des centaines de mathématiciens, physiciens et ingénieurs provenant de nombreux pays ont collaboré au projet pendant plus d’une décennie. Un journaliste a estimé que le coût de sa découverte s’est élevé à 13,5 milliards de dollars.

Alors en quoi le boson de Higgs représente-t-il un important ingrédient dans l’Univers? Comme un chef cuisinier qui cherche à recréer un plat délicieux mais qui est incapable de trouver un ingrédient clé, les physiciens ont passé des décennies à essayer de comprendre une propriété qui est essentielle dans notre Univers. Cette propriété est la masse.

On pourrait dire que la masse est ce qui permet à notre Univers, à la totalité de notre monde matériel, d’exister. Mais jusqu’à récemment, personne ne savait vraiment comment prendre la masse en compte. Ou comment expliquer le fait que différentes particules ont différentes masses. Cela signifiait que personne ne pouvait vraiment expliquer non plus l’immense diversité de l’Univers!

Mais maintenant qu’ils savent que le boson de Higgs est bien réel, les physiciens peuvent finalement expliquer pourquoi la masse existe. Le boson de Higgs a permis d’élucider l’un des plus grands mystères de tous les temps. Il nous enseigne pourquoi notre monde est tel qu’il est.

Comment le boson de Higgs explique-t-il la masse?  

Jusqu’à récemment, la recette des physiciens pour la création de l’Univers, appelée le modèle standard, comprenait déjà tous les types de particules élémentaires comme les quarks, les leptons et les bosons.

Les protons et les neutrons qui se trouvent à l’intérieur du noyau de l’atome sont constitués de quarks. Les plus familiers leptons sont les électrons chargés négativement à l’extérieur du noyau. Les bosons sont responsables des divers champs d’énergie comme l’électricité et la lumière. Mais aucune de ces particules n’explique la masse.

Mais avec l’ajout du boson de Higgs à cette liste, la masse peut être expliquée. Il se trouve que toutes les particules élémentaires sont entourées de bosons de Higgs. Ces bosons nouvellement découverts remplissent l’espace entre les particules. C’est ce qu’on appelle le champ de Higgs.

Les particules comme les photons ne rencontrent aucune résistance lorsqu’elles se déplacent à travers le champ de Higgs. C’est pourquoi les photons peuvent se déplacer très rapidement et ne comportent aucune masse. D’autres particules, comme les électrons, rencontrent une faible résistance, de sorte qu’elles ont une faible masse. À cause de cette masse, les électrons se déplacent plus lentement que les photons. Les quarks ont beaucoup de difficulté à traverser le champ de Higgs. Cela explique leur grande masse, comparativement aux autres particules.

Le savais-tu?

Traverser le champ de Higgs peut être comparé à traverser de l’eau. Certaines choses, comme les poissons, peuvent se déplacer librement. D’autres, comme les automobiles, se déplacent avec difficulté. 

Ainsi, chaque particule élémentaire doit sa masse spécifique, ou son absence de masse, aux bosons de Higgs. Au commencement de l’Univers, avant la formation du champ de Higgs, les particules ne comportaient aucune masse. Elles se déplaçaient donc à la vitesse de la lumière. Puis, les bosons de Higgs sont apparus, ralentissant les particules et leur donnant une masse. Éventuellement, ces particules ont suffisamment ralenti pour former les atomes. Et les atomes composent le monde matériel que nous connaissons aujourd’hui!

Il n’est pas étonnant que le boson de Higgs soit souvent surnommé la « particule de Dieu ». Sans lui, il n’y aurait pas de masse, et le monde tel que nous le connaissons n’existerait pas.