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Boson de Higgs

Harmonisation Vibratoire




Boson de Higgs


Le boson de Higgs est la particule du modèle standard qui permet de donner une masse à toutes les autres particules. Les premières théories des cordes ont été développées à la fin des années 1970. Elles avaient pour but de simplifier bons nombre de problèmes dus aux particules lorsque que l'on essayait de quantifier le champ de gravitation. Au début, les cordes impliquées étaient des cordes bosoniques (boson = particule de force de spin entier), c'est à dire que seuls les degrés de libertés bosoniques vivaient sur la surface d'univers de la corde.

Le boson est une particule de spin entier, il obéit à la statistique de Bose-Einstein. Les photons, les gluons, les W, le Z0 et le Higgs sont des bosons. A une température proche du zéro absolu, les bosons peuvent se trouver dans le même état quantique, formant ainsi un gaz quantique parfait dans un phénomène appelé condensation de Bose-Einstein.

Photon est une particule élémentaire (quantum) de la lumière. Un photon est un boson. Le nom photon vient du grec et signifie "lumière". En effet, le photon transmet l'interaction électromagnétique, la lumière étant un exemple d'onde électromagnétique.
Le spin d'une particule est son moment angulaire intrinsèque. Le spin est une propriété quantique, il ne peut prendre que des valeurs entières ou demi-entières. Une particule de spin demi-entier est un fermion, une particule de spin entier est un boson.

De même que la vitesse de la lumière représente une vitesse limite inatteignable pour un système physique, de même il existe une borne inférieure inatteignable pour la température thermodynamique d'un système physique introduite par Kelvin : le zéro absolu. Sur l'échelle des degrés Celsius il vaut exactement -273,15 °C par convention.

Un gluon est un boson, c'est la particule qui transmet l'interaction forte. Le nom gluon vient de "glue", car il permet de "coller" les quarks entre eux par l'interaction forte qui, comme son nom l'indique, est beaucoup plus forte que les autres interactions.

La condensation de Bose-Einstein est l'apparition d'un état particulier d'un gaz quantique à très basse température. Prédite en 1924 par Einstein suite à un travail du physicien indien Bose, elle repose sur le principe selon lequel des bosons (particules de spin entier) peuvent occuper le même état quantique, contrairement aux fermions qui suivent le principe d'exclusion de Pauli.

Peter Higgs proposa, vers la fin des années 1960, une particule : un boson conférant les masses à toutes les autres particules. L'idée de base est que les particules acquièrent une masse en interagissant avec un champ omniprésent (le champ de Higgs) porté par ce fameux boson de Higgs. Ce mécanisme est maintenant considéré comme une partie essentielle du modèle standard et l'existence du boson de Higgs est capitale pour les théoriciens. D'ailleurs, le physicien Léon Lederman l'a surnommé « the God particule » (la particule Dieu).

Attention : le champ de Higgs n'est pas un champ électromagnétique. Pour comprendre ce qu'est un "champ", il faut savoir que lorsqu'on parle de ce qui se passe dans l'infiniment petit, les concepts tels que "particule" sont impossibles à adapter. La méthode la plus efficace pour étudier le comportement de ce que l'on appelle une particule est en fait de décrire cette particule par une fonction mathématique n'ayant pas la même valeur en tous les points de l'espace.

C'est cette fonction mathématique qu'on appelle un champ. Par exemple, lorsqu'on étudie le mouvement d'un électron autour du noyau d'un atome, on n'étudie pas les coordonnées x, y et z de cet électron, car on n'a tout simplement pas accès à ces coordonnées. On étudie une "fonction d'onde" qui donne en fait la probabilité de trouver l'électron à un endroit plutôt qu'à un autre. Mais, dans certaines conditions, un électron peut se comporter comme une particule, comme une petite bille solide.

Le boson de Higgs, comme tous les bosons, n'est pas une particule comme les autres, c'est un médiateur de force. C'est-à-dire une particule qui transmet une force, une interaction. Si on prend l'exemple de la force électromagnétique, le médiateur est le photon (qui lui aussi est un boson). Quand deux électrons se repoussent, l'analyse classique en électromagnétisme est de dire qu'ils subissent l'action d'un champ électromagnétique. L'analyse quantique est de dire qu'ils se repoussent parce qu'ils s'échangent des photons. Ces photons ne sont pas détectables en tant que tels et sont appelés "photons virtuels", mais leur effet est réel : les électrons se repoussent. Le champ électromagnétique est donc composé d'une "mer" de photons virtuels émis et absorbés par les particules chargées et indétectables, si ce n'est par leurs effets.

Mais dans certaines conditions, on peut créer des photons qui ne sont pas virtuels : il suffit d'allumer une lampe. Ces photons sont en fait des ondes électromagnétiques, des vibrations du champ électromagnétiques qui remplit l'espace. Pour le champ de Higgs, c'est un peu pareil : le champ de Higgs remplirait l'espace et serait composé d'une "mer" de bosons de Higgs virtuels et indétectables.

Ces bosons auraient toutefois un effet assez important : ils exerceraient une attraction sur toutes les particules ayant une masse, et le "rôle" de ce champ serait donc de donner une inertie à toutes es choses qui en ont. Mais, comme pour le cas des photons, on pense pouvoir créer des bosons de Higgs réels, et donc détectables, si on parvenait à créer des oscillations de ce champ de Higgs. Des ondes de Higgs, si j'ose dire... Si on ne l'a jamais détecté, cela peut vouloir dire deux choses :

  • soit il n'existe pas et à ce moment là les théoriciens vont devoir nous pondre autre chose.
  • soit il existe mais il a justement une masse très grande.


Or plus une particule a une masse importante, plus il est difficile de la matérialiser, car plus il faudra d'énergie pour le faire. Car on ne crée pas des particules à partir de rien, mais à partir d'énergie, d'après la célèbre équation E=mc². Le but des accélérateurs de particules, comme le LHC, est de créer des collisions libérant une énergie colossale à l'échelle subatomique, ce qui permet de faire apparaitre des particules qui ne devraient pas se trouver là normalement. Et peut-être bientôt le boson de Higgs. Quant à nous apprendre d'où on vient, ça dépend de quoi on veut parler. Cela nous permettra surtout de mieux comprendre le fonctionnement actuel de notre Univers, et de mieux comprendre ce qui a pu se passer dans ses premiers instants (d'où on vient, quoi)...


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