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Le champ de Higgs est le champ théorique d’énergie qui imprègne l’univers, selon la théorie énoncée en 1964 par le physicien théoricien écossais Peter Higgs. Higgs a suggéré ce champ comme explication possible de la façon dont les particules fondamentales de l’univers ont fini par avoir une masse, car dans les années 1960, le modèle standard de la physique quantique ne pouvait pas expliquer la raison de la masse elle-même. Il a proposé que ce champ existait dans tout l’espace et que les particules gagnaient leur masse en interagissant avec lui.
Découverte du champ de Higgs
Bien qu’il n’y ait eu au départ aucune confirmation expérimentale de la théorie, elle est devenue avec le temps la seule explication de la masse qui était largement considérée comme cohérente avec le reste du modèle standard. Aussi étrange que cela puisse paraître, le mécanisme de Higgs (comme on appelait parfois le champ de Higgs) était généralement accepté par les physiciens, tout comme le reste du modèle standard.
L’une des conséquences de cette théorie était que le champ de Higgs pouvait se manifester sous forme de particule, tout comme d’autres champs de la physique quantique se manifestent sous forme de particules. Cette particule est appelée le boson de Higgs. La détection du boson de Higgs est devenue un objectif majeur de la physique expérimentale, mais le problème est que la théorie n’a pas réellement prédit la masse du boson de Higgs. Si vous provoquiez des collisions de particules dans un accélérateur de particules ayant une énergie suffisante, le boson de Higgs devrait se manifester, mais sans connaître la masse qu’ils recherchaient, les physiciens ne savaient pas quelle quantité d’énergie serait nécessaire pour entrer dans les collisions.
L’un des principaux espoirs était que le Grand collisionneur de hadrons (LHC) ait suffisamment d’énergie pour générer des bosons de Higgs à titre expérimental, car il était plus puissant que tous les autres accélérateurs de particules construits auparavant. Le 4 juillet 2012, les physiciens du LHC ont annoncé qu’ils avaient trouvé des résultats expérimentaux compatibles avec le boson de Higgs, bien que d’autres observations soient nécessaires pour le confirmer et pour déterminer les différentes propriétés physiques du boson de Higgs. Les preuves à l’appui se sont multipliées, à tel point que le prix Nobel de physique 2013 a été décerné à Peter Higgs et François Englert. À mesure que les physiciens détermineront les propriétés du boson de Higgs, ils pourront mieux comprendre les propriétés physiques du champ de Higgs lui-même.
Brian Greene sur le terrain de Higgs
L’une des meilleures explications du champ de Higgs est celle de Brian Greene, présentée dans l’épisode du 9 juillet du Charlie Rose Show de PBS, lorsqu’il est apparu dans l’émission avec le physicien expérimental Michael Tufts pour discuter de la découverte annoncée du boson de Higgs :
La masse est la résistance qu’un objet offre à la modification de sa vitesse. Vous prenez une balle de base-ball. Lorsque vous la lancez, votre bras ressent une résistance. Un lancer de balle, vous ressentez cette résistance. De la même façon pour les particules. D’où vient cette résistance ? On a avancé la théorie selon laquelle l’espace était peut-être rempli d’un « truc » invisible, un « truc » invisible ressemblant à de la mélasse, et lorsque les particules essaient de se déplacer dans la mélasse, elles ressentent une résistance, une adhérence. C’est de ce collant que provient leur masse. … C’est ce qui crée la masse. …
… c’est une chose invisible insaisissable. Vous ne le voyez pas. Vous devez trouver un moyen d’y accéder. Et la proposition, qui semble maintenant porter ses fruits, est la suivante : si vous faites claquer des protons, d’autres particules, à très, très grande vitesse, ce qui se produit au Grand collisionneur de hadrons… vous faites claquer les particules ensemble à très grande vitesse, vous pouvez parfois secouer la mélasse et parfois en faire sortir un petit grain, qui serait une particule de Higgs. Les gens ont donc cherché ce petit grain de particule et il semble qu’il ait été trouvé.
L’avenir du champ de Higgs
Si les résultats du LHC s’avèrent concluants, alors en déterminant la nature du champ de Higgs, nous obtiendrons une image plus complète de la façon dont la physique quantique se manifeste dans notre univers. Plus précisément, nous aurons une meilleure compréhension de la masse, ce qui pourrait, à son tour, nous permettre de mieux comprendre la gravité. Actuellement, le modèle standard de la physique quantique ne tient pas compte de la gravité (bien qu’il explique entièrement les autres forces fondamentales de la physique). Cette orientation expérimentale pourrait aider les physiciens théoriciens à affiner une théorie de la gravité quantique qui s’applique à notre univers.
Elle pourrait même aider les physiciens à comprendre la mystérieuse matière de notre univers, appelée matière noire, qui ne peut être observée que par l’influence de la gravité. Ou, potentiellement, une meilleure compréhension du champ de Higgs pourrait fournir quelques indications sur la gravité répulsive démontrée par l’énergie sombre qui semble imprégner notre univers observable.
