Avant d'être découvert, le boson de Higgs a été postulé. Cette particule singulière, qui n'est ni de la matière ni le véhicule d'une force, était une pièce manquante des théories existantes. Nathalie Besson, physicienne au CEA, nous explique pourquoi les scientifiques ont introduit cet étrange boson.

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    Le boson de Higgs est l'analogue des photons du champ électromagnétique. La différence est qu'il n'est pas associé à un champ vectoriel, comme le champ électrique, mais à un champ scalaire. Son spin est donc nul alors que celui des bosons associés à des champs vectoriels vaut 1. Ce champ a été proposé en 1964 par plusieurs chercheurs, dont Peter HiggsPeter Higgs, Robert Brout et François Englert, pour doter les particules de massemasse à l'aide du « mécanisme de Brout-Englert-Higgs ».

    Ce mécanisme a été utilisé pour donner des masses à d'autres bosons, appelés W et Z, qui ont servi à unifier les forces électromagnétique et nucléaire faible en une nouvelle interaction, dite électrofaible. Cette théorie de Glashow-Salam-Weinberg (ou GSW, du nom de ses auteurs) a été ensuite combinée avec la théorie des forces nucléaires fortes entre quarksquarks, la chromodynamique quantique, ou QCD, qui introduit d'autres bosons, les gluonsgluons.

    Le Higgs est indispensable à une théorie quantique cohérente des champs de force et de matière

    Photons, gluons et bosons W et Z véhiculent des interactions entre quarks et leptonsleptons (électronsélectrons, neutrinosneutrinos, etc.), les particules de matièrematière. Le boson de Higgs est donc singulier car il n'est ni une particule de matière ni une particule de force. Avec la QCDQCD, le modèle électrofaible de GSW constitue le modèle standardmodèle standard, auquel il manque une théorie quantique de la gravitationgravitation.

    Le boson de Higgs et le mécanisme de Brout-Englert-Higgs sont nécessaires pour construire une théorie quantique cohérente des champs de forces et de matière dans le modèle standard. Ces champs sont décrits par un « lagrangienlagrangien ». La constructionconstruction des équationséquations dans ce lagrangien repose sur des principes de symétrie fondamentaux, ceux de la théorie de la relativité restreinterelativité restreinte (groupe de Lorentz et Poincaré) et ceux des équations de Yang-MillsYang-Mills (groupes de jauge et groupes de Lie).

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