Pourquoi le boson de Higgs est-il si important pour les physiciens ? C'est la question à laquelle répond Nathalie Besson, du CEA, qui étudie les bosons W et Z avec le détecteur Atlas, au LHC. Cette particule n'était qu'une prédiction et sa découverte a validé le modèle standard, la théorie de base de la physique des particules, qui fonctionne très bien mais ne prédit pas tout, par exemple la matière et l'énergie noires. Consolidé par la découverte du boson de Higgs, il pourra être mieux mis à l'épreuve pour, peut-être, emmener la physique vers de nouveaux chemins.

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    Le boson de Higgs, via le « mécanisme de Brout-Englert-Higgs » (BEH) et son champ scalaire, est la clé de voûte du modèle standard. Celui-ci combine les équations du modèle électrofaible décrivant les forces électromagnétiques et la radioactivité bêtabêta avec celles de la chromodynamique quantique (QCD) décrivant protonsprotons et neutronsneutrons, mais laisse à l'écart la relativité généralerelativité générale d'EinsteinEinstein. Au début, les équations qui allaient devenir la base de ces théories modernes de la physiquephysique des particules, les équations de Yang-MillsYang-Mills que l'on retrouve notamment au coeur du modèle électrofaible, aboutissaient à un gros problème. Elles semblaient interdire aux particules médiatrices de la force nucléaire faibleforce nucléaire faible (des bosons cousins du photonphoton) d'avoir des massesmasses, celle-ci devait donc avoir une portée infinie, ce qui est en forte contraction avec toutes les observations.

    Le recours au mécanisme BEH a permis de donner une masse aux bosons W et Z de ce modèle, résolvant du même coup des problèmes de renormalisation liés à l'apparition de quantités infinies dans les calculs alors que l'observation en donne des mesures finies.

    Mesurer le boson de Higgs, c'est tester le modèle standard

    Bien avant sa découverte au CernCern en 2012, le boson de Higgs était déjà bien connu par des calculs dans le cadre du modèle standard, conduisant à des prédictions vérifiées depuis les années 1970 et, surtout, 1980. Sa masse restait cependant énigmatique et quelques théories permettaient de s'en passer plus ou moins pour construire le modèle standard... ou indiquaient qu'il n'existait pas.

    En revanche, plusieurs des théories allant au-delà du modèle standard, notamment celles qui expliqueraient la nature de l'énergie noireénergie noire et de la matière noire, impliquent que le comportement et la nature du boson de Higgs diffèrent de ce qu'en dit le modèle standard. Il était donc important de vérifier son existence, de manière à consolider et préciser les prédictions du modèle standard, de sorte de pouvoir repérer des phénomènes qui lui échappent, voire ouvrir la porteporte sur une nouvelle physique.

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