Peter Higgs au Science Museum de Londres en 2013
Photo par Andy Rain/EPA/Shutterstock
Peter Higgs a vécu une vie singulière. Il a développé une théorie physique qui avait une chance de faire progresser radicalement notre compréhension de l’univers, et a vécu pour voir des générations d’expérimentateurs poursuivre et finalement corroborer triomphalement son travail en laboratoire. Il est décédé à son domicile à 94 ans.
« Sans les travaux de Higgs, nous ne comprendrions pas pourquoi il existe des atomes. Certaines caractéristiques assez basiques de notre monde ne seraient pas compréhensibles », déclare John Ellis au King’s College de Londres.
Higgs a commencé ce travail à l’Université d’Edimbourg au Royaume-Uni dans les années 1960. Il réfléchissait à une branche de la physique appelée théorie quantique des champs et, en juillet 1964, il lui fallut environ une semaine pour rédiger un court article sur le sujet. Lettres de physique a accepté l’étude mais a rejeté le travail de suivi plus détaillé de Higgs une semaine plus tard. Même si Lettres d’examen physique a finalement publié une version révisée du deuxième article, mais celui-ci n’a reçu aucune fanfare et est resté négligé pendant des années.
Ironiquement, ces articles contenaient un ingrédient clé qui manquait cruellement à la théorie de toutes les particules de l’univers : la raison pour laquelle elles ont une masse.
Presque toutes particules connues ont besoin d’une certaine masse pour se lier les uns aux autres et former les structures, comme les atomes, qui composent notre monde physique. Mais les physiciens comprennent toutes les particules comme des excitations de champs invisibles qui imprègnent tout – les électrons, par exemple, sont des excitations du champ électromagnétique – et même les meilleures théories de l’époque ne pouvaient pas expliquer d’où viennent ces masses.
Higgs a émis l’hypothèse que les particules acquerraient de la masse en interagissant avec un nouveau type de champ. Ce champ avait sa propre excitation, une autre particule appelée boson de Higgs. Le champ de Higgs a résolu une énorme question en physique théorique des particules, et le boson de Higgs était une cible alléchante que les expérimentateurs pouvaient rechercher afin de lier la théorie à la réalité.
« Si vous supprimez tout du vide, toute matière ou fluctuations quantiques, tout élément électromagnétique, toute gravité, vous vous retrouverez avec le champ de Higgs », déclare Franck Fermer à l’Université d’Oxford. « Et nous en avons besoin, tout comme un poisson rouge a besoin d’eau. Cela stabilise l’espace vide.
Travaillant indépendamment de Higgs, les physiciens belges François Englert et Robert Brout sont parvenus à la même conclusion, également en 1964.
Cependant, selon Close, qui a écrit une biographie de Higgs en 2022, Higgs n’avait pas nécessairement l’intention d’écrire un article révolutionnaire. Il a simplement suivi une ligne d’érudition rigoureuse et souvent solitaire, ce qui l’a amené à s’inquiéter profondément de ce qui semblait être un problème technique qui tourmentait la théorie quantique des champs. D’autres physiciens avaient déjà résolu un problème similaire dans des systèmes ayant moins d’implications cosmiques, tels que de parfaits conducteurs d’électricité. Higgs a compris comment généraliser ses mathématiques à l’ensemble de la physique des particules.
Mais la théorie quantique des champs était démodée à l’époque, et lorsqu’il donna des conférences sur ses travaux dans des institutions prestigieuses comme l’Université Harvard en 1965, Higgs fut largement accueilli avec scepticisme, explique Ellis. En 1976, Ellis et deux de ses collègues du laboratoire de physique des particules du CERN à Genève, en Suisse, a écrit un article attirant l’attention sur la façon dont le boson de Higgs pourrait apparaître dans certaines expériences menées dans l’installation.
« Personne ne semblait vraiment s’en soucier, mais pour nous, (le boson de Higgs) était extrêmement important… Et j’étais absolument sûr que le boson de Higgs serait trouvé », déclare Dimitri Nanopoulos à la Texas A&M University, co-auteur de l’article. Il était alors un très jeune chercheur, mais cette étude était prémonitoire sur l’avenir de la physique des particules. En 1984, les opinions des physiciens avaient changé et ils étaient impatients de rechercher le boson de Higgs. Les dirigeants du CERN ont discuté de la construction d’un nouveau collisionneur de particules, en grande partie pour faciliter la recherche.
Ce détecteur – le Grand collisionneur de hadrons (LHC) – a découvert le boson de Higgs en 2012. Au sein du LHC, les chercheurs ont conçu une collision frontale prudente de deux protons incroyablement rapides, un crash capable de produire un boson de Higgs. Mais le boson ne dure que moins d’un milliardième de milliardième de seconde avant de se transformer en une pluie d’autres particules. L’analyse de l’épave de la collision a montré que ces particules provenaient d’un boson de Higgs avec une telle certitude que la probabilité qu’il s’agisse d’un hasard n’était que de 5 sur 10 millions.
Physiciens du monde entier étaient raviset Higgs et Englert se partagèrent le prix Nobel de physique l’année suivante.
Close et Ellis affirment tous deux qu’avant même que le LHC ne commence à fonctionner, d’autres collisionneurs avaient obtenu des preuves moins directes confirmant la théorie de Higgs, comme des mesures très précises des masses d’autres particules exotiques. Higgs était au courant de ces découvertes, car il expliqué à Nouveau scientifique en 2012: « J’avais confiance dans la théorie derrière le mécanisme, car d’autres caractéristiques de celui-ci étaient vérifiées de manière très détaillée lors de collisionneurs successifs. Cela aurait été très surprenant si la pièce restante du puzzle n’était pas là.»
Pourtant, la recherche directe du boson de Higgs au LHC a eu une forte influence sur la physique des particules. Il a renforcé les efforts visant à construire de nouvelles infrastructures telles que des accélérateurs et a cimenté les vastes collaborations qui gèrent ces équipements comme approche standard pour mener des recherches scientifiques.
Depuis 2012, le LHC a été modernisé pour produire encore plus collisions énergétiqueset les chercheurs ont entrepris de répondre aux questions persistantes non seulement sur les particules, dont le boson de Higgs elle-même, mais aussi l’énergie noire et matière noireles phénomènes inexpliqués qui constituent la majeure partie de l’univers.
Higgs lui-même s’est intéressé à certaines de ces questions et a continué à y travailler même après sa retraite en 1996. « La machine de Genève – qui n’a pas été conçue uniquement pour découvrir le boson de Higgs, même si on a parfois cette impression – devrait continuer à fonctionner. et améliorer notre compréhension des liens entre la physique des particules et ce qui s’est passé dans l’univers primitif », a-t-il déclaré. dit Nouveau scientifique en 2013.
La découverte du boson de Higgs constituait la fin d’un chapitre, mais pas de tout le livre, explique Nanopoulos.
Après sa retraite, Higgs a continué à travailler sur ses propres recherches. Il s’intéressait particulièrement à la supersymétrie, une théorie qui postule l’existence de contreparties lourdes pour chaque particule déjà détectée. Les physiciens qui partagent cet intérêt et souhaitent en trouver les signatures expérimentales espèrent que le LHC découvrira des dizaines de nouvelles particules.
En plus du prix Nobel, Higgs a reçu plusieurs autres distinctions, notamment la médaille et le prix Paul Dirac, le prix Wolf de physique et le prix JJ Sakurai de l’American Physical Society. En 1999, il a refusé le titre de chevalier, un acte qui correspondait à son rejet général de la célébrité. Il ne voulait pas de titres et était gêné par l’attention médiatique que son travail avait suscitée au fil des années, détestant particulièrement le surnom sensationnel du boson de Higgs, le « Particule de Dieu».
L’histoire de la façon dont Higgs a même j’ai essayé d’échapper à l’appel de l’Académie royale des sciences de Suède l’informant de sa victoire au prix Nobel – en quittant son domicile sans téléphone portable – est une tradition bien connue des physiciens. Ellis rappelle également que Higgs avait initialement refusé l’invitation à venir au CERN pour l’annonce officielle de la découverte de son boson éponyme. Mais ses collègues ont fini par le convaincre d’assister au festivités.
Close a intitulé sa biographie de Higgs « Insaisissable », qui, selon lui, décrivait à la fois l’homme et le boson. Les physiciens s’accordent largement à dire qu’il était unique en son genre et le respectaient pour cela.
Higgs est décédé à son domicile d’Édimbourg le 8 avril des suites d’une courte maladie. Il laisse derrière lui deux fils, un groupe revigoré de physiciens à la recherche de particules et une compréhension plus claire des forces qui maintiennent l’univers ensemble.
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