[PEAC/CHRONIQUES SCIENTIFIQUES] Le boson de Higgs, une énigmatique particule
Photo : Du haut de ses 46 m de long, 25 m de haut et 25 m de large, ATLAS et ses 7 000 tonnes (!) constituent le détecteur de particules le plus volumineux jamais construit. Il se situe dans une caverne, à 100 m sous terre, à proximité du site principal du Cern et de la commune de Meyrin, en Suisse (source : Cern)
Dans le cadre du parcours d'éducation artistique et culturelle (PEAC) mis en place depuis l'an dernier, un nouvel atelier s'est créé à la rentrée : la rédaction de chroniques scientifiques par nos élèves, avec le soutien de deux professeurs des sciences physiques. Cinquième chronique proposée par l'un de nos élèves de première au sujet du boson de Higgs. Késako ? Explications.
Le boson de Higgs, appelé également boson BEH – acronyme des trois scientifiques ayant étudié le sujet : Boson, Englert, et Higgs – est une particule élémentaire dont l’existence a été théorisée en partie par Peter Higgs en 1964. Cette nouvelle théorie a été prouvée expérimentalement – alors que Higgs est encore vivant – grâce au Large Hadron Collider, un accélérateur de particules, lors de l’expérience ATLAS en 2012.
D’après le Commissariat de l’énergie atomique (CEA), la matière qui nous entoure est composée de particules élémentaires, plus petites que les atomes. Ces « briques » microscopiques sont séparées entre fermions – composés des quarks et des leptons – et bosons (cf. tableau des particules élémentaires ci-dessous).
Photo : Tableau des particules élémentaires (source : Babelio).
Le boson de Higgs est une particule très particulière car elle n’existe pas, ou en tout cas n’existe plus. Celle-ci est apparue pour la première et dernière fois durant l’expansion de l’univers, au Big Bang. Il est à l’origine de toute masse dans l’univers : c’est la « particule de Dieu » comme l’appelait Peter Higgs. Durant le Big Bang, toute particule existante passant dans les mailles du champ de Higgs étaient alors dotée d'une masse.
En physique, le concept de champ est pratique pour modéliser les perturbations des propriétés d'un espace par une force.
Pour illustrer cela, on peut prendre comme exemple le champ gravitationnel de la Terre. Plus on est proche du centre la Terre, plus l’attraction liée, ici, à la masse de la Terre, sera grande. Tout objet possédant une masse possède un champ gravitationnel, et plus cette masse est grande plus le champ sera intense.
Photo : Illustration du champ gravitationnel de la Terre (source : https://webphysique.fr/champ-de-gravitation/).
Revenons-en au champ de Higgs. Celui-ci est donc produit par le boson de Higgs et donnait une masse à toute particule entrant dans son rayon d’activité. Le proton et le muon de la famille des fermions, par exemple, possèdent une masse plus élevée que l’électron. Ils ont donc été plus impactés par le champ de Higgs que l’électron (cf. tableau des particules élémentaires).
On peut donc se demander comment les scientifiques ont pu recréer le boson de Higgs ? Eh bien, ils ont tout simplement envoyé la même quantité d’énergie dans l’accélérateur de particules que lors du Big Bang. Une quantité bien évidemment astronomique.
Cela signifie un envoi de quelque 13 téra-électron volt dans le LHC, qui possède une capacité d'environ 12 000 ampères. En comparaison, un humain subit des dégâts cardiaques irréversibles à partir d’une décharge de 0, 050 ampères.
Le boson de Higgs est de nos jours une particule encore floue et difficile à expérimenter mais celle-ci, selon moi, est une très grande découverte qui servira probablement dans les siècles à venir.