Le 8 avril 2024, le physicien théoricien britannique Peter Ware Higgs est décédé à l’âge de 94 ans. Il y a presque 12 ans, le 4 juillet 2012, dans un amphithéâtre peu propice situé à Genève, en Suisse, Higgs est devenu une figure emblématique. figure dans la science moderne.
C’est le jour où l’on a annoncé que les collisions entre particules au niveau Grand collisionneur de hadrons (LHC) Cette installation – sans doute l’expérience scientifique la plus ambitieuse et la plus audacieuse jamais réalisée – a révélé l’existence du Le boson de Higgs.
La découverte du boson de Higgs, du nom de Higgs lui-même, a été vitale pour le domaine de la physique des particules. C’était le dernier occupant du zoo de particules nécessaire pour terminer ce qu’on appelle le « Modèle standard de physique des particules« , la meilleure description que nous ayons de l’univers à la plus petite des échelles.
Pour les Higgs, nés à Newcastle upon Tyne au Royaume-Uni d’une mère écossaise et d’un père anglais le 29 mai 1929, ce moment a été accueilli par une vague d’émotion. Ce n’était pas surprenant, étant donné que cette annonce représentait le point culminant de cinq décennies de son travail et validait une théorie à laquelle il refusait d’abandonner.
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Au-delà du point culminant du Modèle standard, la découverte du boson de Higgs a souligné la nécessité pour les physiciens de commencer à explorer la physique au-delà des paramètres auxquels ils étaient habitués, ouvrant ainsi la voie à la physique pour les décennies à venir.
« La contribution de Peter Higgs à la physique moderne est absolument exceptionnelle », a déclaré à Space.com Luz Ángela García Peñaloza, cosmologue à l’Université ECCI en Colombie. « Son travail sur théorie quantique des champs a conduit à une théorie pour laquelle il recevra plus tard le prix Nobel de physique et explique le mécanisme qui donne de la masse aux particules fondamentales.
« Il était bien en avance sur son temps. »
50 ans de recherche d’une seule particule
Le XXe siècle a marqué la naissance de la physique des particules en tant que discipline à part entière et a suscité d’énormes progrès dans ce domaine naissant. Pourtant, alors que ce siècle touchait à sa fin et que zoo de particules grandissant en termes de nombre d’occupants, les physiciens ont commencé à se demander pourquoi certaines particules avaient une masse et d’autres, en particulier les particules de lumière appelées « photons », n’en avaient pas.
En 1964, les physiciens étudiant le force nucléaire faible, qui est l’une des quatre forces fondamentales de la nature qui déterminent la désintégration atomique des éléments en transformant protons à neutronsa conclu quelque chose de surprenant.
Les porteurs de cette force, Bosons W et Z, devraient être sans masse – pourtant, le fait que la force faible paraisse forte sur de courtes distances et faible sur de longues distances signifiait qu’elles ne pouvaient pas être sans masse. Si tel était le cas, cela risquerait d’enfreindre une règle importante de la physique appelée symétrie, qui garantit que les lois de la nature sont les mêmes, quelle que soit la manière dont elles sont considérées. Selon le CERNvous pouvez considérer le problème de symétrie comme analogue à un crayon posé sur sa pointe – un système symétrique – qui bascule soudainement pour pointer dans une direction privilégiée, détruisant ainsi sa symétrie.
En 1964, Peter Higgs, François Englert et Robert Brout proposent une solution. Il pourrait y avoir quelque chose, disaient-ils, qui « trompe » la nature pour qu’elle brise spontanément la symétrie. Alors, qu’est-ce que ça pourrait être ?
Higgs et ses collègues pensaient que, lorsque l’univers est né, il aurait pu être rempli de ce qu’on appelle « le champ de Higgs » dans un état symétrique, mais instable, comme ce crayon en équilibre précaire.
En quelques fractions de seconde seulement, ce champ, le « champ de Higgs », trouverait une configuration stable, mais ce faisant, briserait sa symétrie. Ceci, à son tour, donne naissance à ce qu’on appelle « le mécanisme Brout-Englert-Higgs », qui confère une masse aux bosons W et Z et résout la divergence.
Bien que cela aurait été une théorie vitale en soi, on a découvert plus tard que le champ de Higgs conférerait une masse à de nombreuses personnes. autre particules fondamentales, et que la force de ces interactions donnerait à différentes particules des masses différentes. Cela signifiait que, si elle était confirmée, la théorie aurait des ramifications majeures pour la science.
L’étape suivante consistait à obtenir cette confirmation sous la forme de la découverte d’une particule qui agirait comme un « messager » pour le champ de Higgs : le boson de Higgs.
Cette recherche justifierait la construction du LHC. Avec une longueur de 27 kilomètres, il s’agit du plus grand accélérateur de particules jamais construit, pour un coût d’environ 4,75 milliards de dollars.
« Le travail de Higgs est l’une des principales raisons pour lesquelles le LHC a été construit », a déclaré Nima Zardoshti, physicienne expérimentale des hautes énergies au CERN, à Space.com. « Ses prédictions ont fourni certaines des orientations théoriques cruciales quant à la portée énergétique requise par le LHC afin de potentiellement découvrir une nouvelle physique. »
En 2012, cette dépense et dix années d’efforts menés par une collaboration internationale de 23 États membres du CERN ont porté leurs fruits.
Une cascade de particules résultant de la désintégration des particules du boson de Higgs a été créée et capturée à la fois par le détecteur ATLAS du LHC et par le détecteur Compact Muon Solenoid (CMS). C’était la confirmation nécessaire de la théorie des champs de Higgs.
Higgs et Englert partagerait le prix Nobel de physique 2013 pour cette percée.
« Avec le professeur Peter Higgs, la physique a perdu un gentil géant du domaine », a déclaré Suzie Sheehy, professeure agrégée de physique à l’Université de Melbourne et maître de conférences invitée à l’Université d’Oxford, dans un communiqué de presse. « Le travail de Higgs est à juste titre célébré comme un exploit incroyable de recherche motivée par la curiosité : sa proposition en 1964 sur l’existence potentielle du champ de Higgs et de la particule associée, le boson de Higgs, semblait à l’époque être une idée obscure… juste une des de nombreux mécanismes théoriques sont avancés pour expliquer les inconnues de la physique fondamentale.
« Il a ensuite fallu près de 50 ans – et environ 13 000 autres scientifiques et ingénieurs – pour construire les expériences (ATLAS et CMS) qui ont permis la découverte du boson de Higgs en 2012 au Grand collisionneur de hadrons. »
Sheehy a ajouté que l’on sait moins bien à quel point la recherche motivée par la curiosité a eu une énorme influence pratique sur nos vies, produisant des retombées inimaginables comme le World Wide Web et de meilleures technologies de traitement du cancer.
« L’histoire de Higgs représente une leçon importante pour nous tous sur le fonctionnement de la science : il aurait été la première personne à souligner que la science ne se produit pas sur une échelle de temps de quelques années », a déclaré Sheehy. « Nous devons garantir un soutien à long terme à la recherche motivée par la curiosité si nous voulons réaliser le genre de percées dans notre compréhension de l’univers pour lesquelles Peter Higgs est célébré. «
« Même si nous l’avons découvert, mesurer avec précision les propriétés du boson de Higgs reste l’un des moyens les plus prometteurs de sonder la physique au-delà du modèle standard », a ajouté Zardoshti. « Les travaux de Higgs ont façonné et continueront de façonner le domaine pendant de nombreuses années à venir et constituent probablement la plus grande réussite de la physique théorique du 21e siècle. »
En tant que journaliste scientifique, l’héritage de Higgs a également touché personnellement ma vie.
Le 4 juillet 2019, j’ai été invité à visiter le LHC lors de son arrêt et de ses mises à niveau, à voir de près son détecteur ALICE et à explorer des kilomètres de tunnels sous la France et la Suisse où se trouve le collisionneur.
Avant cela, j’ai assisté, avec plusieurs autres journalistes, à une séance d’orientation au CERN à Genève. Beaucoup d’entre nous ont réalisé que ce jour marquait exactement sept ans depuis l’annonce de la découverte du boson de Higgs, et nous étions assis dans la salle même où Peter Higgs avait versé des larmes en entendant la confirmation que sa théorie avait porté ses fruits. J’ai pu prendre rapidement une très mauvaise image de cette salle. Je me suis assuré de prendre cette image du point de vue des sièges mêmes où Higgs était assis, pour voir ce qu’il aurait vu ce jour mémorable.
Ce moment m’a donné la chair de poule. C’est toujours le cas.
J’avais écrit à maintes reprises sur l’importance vitale de la découverte du boson de Higgs pour notre compréhension de la physique, et je continuerais à le faire bien d’autres fois. Pourtant, dans cette salle de conférence, j’ai ressenti un lien avec ce moment, et je sais que beaucoup de ceux qui y sont assis depuis ont également ressenti ce lien.
Imaginez un champ non quantifiable s’étendant à travers le temps et l’espace pour donner un poids métaphorique à un moment unique et vital qui a tout changé – un champ qui peut relier entre eux tous ceux qui découvrent ce moment lui-même.
Je pense que Peter Higgs a peut-être aimé cette idée.
