Le boson de Higgs : la foutue particule | Science

Le scientifique probablement le plus en colère contre la popularité de sa découverte est décédé à l’âge de 94 ans : le boson de Higgs, surnommé la particule de Dieu. Il s’agit du Britannique Peter Ware Higgs, un athée non fondamentaliste, comme il se définit lui-même. La particule élémentaire qu’il avait postulée, avec d’autres physiciens théoriciens, près d’un demi-siècle avant sa découverte, a fini par porter son nom. Higgs a réussi à faire publier sa prétendue illusion par à-coups, ce qui a rapidement suscité la controverse. En fait, cette particule fantomatique s’appelait (la paternité est en question, mais cela pourrait être dû à un autre grand physicien, Leon Max Lederman) la foutue particule. C’est-à-dire la foutue particule, ou mieux encore, la particule diabolique, rien n’est plus éloigné du nom pieux qui a fini par s’imposer, l’élevant sur les autels si éloignés de son auteur : la particule de Dieu ou particule de Dieu.

Et puisque nous sommes avec Dieu, disons que l’une des idées les plus fascinantes des auteurs de la Bible est contenue dans le troisième verset de la Genèse. Dieu a dit : « Que la lumière soit » et la lumière fut. Il vaut mieux laisser les deux versets précédents et les suivants car ils frisent le délire, mais, en fait, aujourd’hui nous savons, en étant un peu généreux, que le début de cet univers a été une génération spontanée de rayonnement, de lumière si vous voulez. Une fraction infime de cette forme d’énergie s’est rapidement transformée en matière et les deux se sont développées de façon vertigineuse. S’étendre et le faire de manière folle implique que l’espace et le temps ont été générés à leur tour. Tout cela s’est produit dans une infime partie de la première seconde de l’existence de l’univers.

Des quatre fondements universels que sont l’énergie, la matière, l’espace et le temps, concentrons-nous sur le second. Cependant, gardons cela à l’esprit pour la suite, ces quatre peuvent être pris deux à deux : l’énergie et la matière, d’une part, et le siège dans lequel les deux existent, l’espace et le temps, d’autre part. La relation étroite entre les deux premiers (également entre les deux autres et les quatre entre eux, mais séparément) a été formulée par Albert Einstein d’une manière si concise qu’elle confine au poétique. Le seul verset composé de trois lettres, d’un symbole et d’un chiffre est l’équation qui pourrait bien avoir défini le 20ème siècle et ceux à venir : E=mc². L’énergie E et la matière m sont simplement liées par la vitesse de la lumière dans le vide, un nombre énorme au carré. On le sait, et bien plus encore après la récente première du film choquant Oppenheimer, que se passe-t-il lorsqu’un peu de matière est convertie en énergie. C’est une question beaucoup plus complexe d’élucider le mécanisme inverse : comment sur Terre une quantité nécessairement énorme d’énergie se fige en une matière définie par sa grandeur essentielle : la masse. Le m de l’équation d’Einstein. Pour faire face à toute spéculation fondamentale, il est toujours conseillé de rechercher ses éventuelles racines dans la Grèce classique.

C’est Leucippe qui a conçu le premier l’idée de l’atome, Démocrite qui l’a raisonné le plus profondément et Titus Lucretius Carus qui l’a loué d’une manière profonde et belle dans son formidable poème. Nature o Sur la nature des choses. L’atome, pour eux, était l’unité fondamentale et indivisible de la matière. Du monde naturel. Ces atomes et le vide dans lequel ils doivent exister et évoluer ont été vilipendés, d’Aristote à Thomas d’Aquin, pour ne citer que leurs adversaires les plus distingués, pendant deux millénaires. Mais ils étaient là, sauf que lorsqu’on les a découverts, on a constaté qu’ils étaient en réalité divisibles. Il y avait d’abord les électrons qui, sous forme de nuages, entouraient un noyau de protons et de neutrons unis de manière si compacte qu’ils formaient un groupe extraordinairement petit. La relation plus ou moins heureuse qui se fait du rapport des tailles est celle d’une mouche, le noyau, au centre d’une cathédrale, les nuages ​​électroniques. Trois particules. Mais petit à petit, et nous n’aurons d’autre choix que de saluer le chemin parcouru, on s’est aperçu qu’il existait ou pouvait être généré un nombre énorme de particules que l’on appelait élémentaires.

Après le Big Bang, quatre types de particules appelées photons, leptons, quarks et gluons ont été générés dans un état plasma à très haute température. La première forme (formera, comme nous le verrons) précisément la lumière ; l’un des seconds est l’électron familier, et les autres ont pris racine très vite, formant par exemple des protons et des neutrons. À proprement parler, l’univers ne devient lumineux, transparent si l’on préfère, que lorsque les photons sont découplés des autres lorsque ce plasma se refroidit suffisamment. C’est alors que les électrons sont piégés par les noyaux et que se forment de véritables atomes, ceux de Démocrite, aussi légers soient-ils encore. Environ 380 000 ans se sont écoulés depuis que tout a commencé. Pour toutes ces raisons, ce sont ces quatre-là qui doivent être considérés comme d’authentiques « atomes » ou particules élémentaires primitives. Mais bientôt, de nombreuses autres particules furent postulées et découvertes. Et ses antiparticules, mais leur histoire était très éphémère.

Le voyage d’exploration que l’humanité a entamé était à l’opposé de celui entamé plusieurs siècles auparavant : au lieu d’aller vers l’immensité, elle est allée scruter l’extrêmement petit. Au lieu de télescopes, il a fallu utiliser des accélérateurs de particules, convertissant une facture choquante de la compagnie d’électricité, de l’énergie, en quelques particules à étudier dans d’énormes détecteurs. Il s’agissait d’explorer non seulement l’intimité de la matière, mais aussi sa conséquence fondamentale : la véritable origine de l’univers. C’était comme, permettez la métaphore brutale, écraser deux montres de poche anciennes dotées d’une mécanique précise l’une contre l’autre. Des pièces qui sautaient partout, il fallait déduire le mécanisme qui les faisait fonctionner. On s’est vite aperçu que plus ces collisions étaient violentes, plus les pièces différentes sautaient après l’explosion. Le monde des particules élémentaires s’est nourri bien au-delà de ce qui était attendu. La course qui s’était engagée en augmentant l’énergie de collision avec des accélérateurs de plus en plus puissants (et plus coûteux) a fini par être remportée par l’Europe. Et le prix était précisément de trouver le boson de Higgs. Mais il y a une autre récompense plus subtile dont nous devrions être encore plus fiers : le CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire) a été le premier embryon de l’unité européenne avec la Communauté du charbon et de l’acier.

À mesure que le nombre de particules découvertes augmentait, ce qui allait finir par être appelé le modèle standard a été développé pour décrire leurs propriétés et leur dynamique. C’était une tâche ardue, mais elle a été accomplie en lui fournissant une capacité de prédiction d’une précision étonnante. Mais il manquait un détail : disons l’ancre et le ressort dont le mécanisme était à la base du fonctionnement de l’horloge.

Les particules de ce riche microcosme différaient par très peu de propriétés, mais la caractéristique fondamentale et la plus déterminante de chacune d’entre elles était leur masse. Comment est née une telle variété, allant de zéro à des nombres énormes ? Higgs, les Belges Brout et Englert et quelques autres physiciens ont proposé une solution.

Le Big Bang n’était pas parfait, mais de très légères imperfections appelées violations de symétrie ont conduit à cette exubérante variété de particules. Et le vide dans lequel tout se déroulait était quelque chose de bien plus complexe que rien. En fait, il devait être complètement plein, comme l’éther aristotélicien, même s’ils n’étaient en rien semblables. Ce qui a fini par être appelé le champ de Higgs, qui, comme tout champ en physique, peut être conçu comme des particules, en l’occurrence le type appelé par le terme général bosons, était celui qui donnait des masses aux autres particules. Plus leur interaction était intense avec ces bosons de ce champ primordial, ou, dans une autre métaphore, plus va frotter Plus la particule naissante avec ce champ, plus elle acquiert de masse à son éclosion. L’ancre et le quai.

Peu à peu, même avec indifférence, on a admis qu’il s’agissait d’un mécanisme valable. Le problème était que, en concevant ce champ comme une particule en soi, on n’avait aucune idée de ce que pouvait être sa propre masse. Autrement dit, cela pourrait bien être irréalisable avec la technologie actuelle. Cependant, le CERN a réussi à convaincre les politiciens européens de financer ce qui était probablement l’une des aventures scientifiques les plus fascinantes de l’humanité. J’ai été témoin direct, car j’y étais en décembre 1994, de l’euphorie qui s’est déchaînée dans tout le centre, notamment dans la division TH, la division de physique théorique, lorsque le conseil a approuvé le budget du LHC, le plus grand collisionneur du monde. monde. montres Histoire. Et, moins d’une décennie plus tard, surgit la particule diabolique qui finit par être sanctifiée. Louange et gloire, c’est-à-dire : le prix Nobel, pour Higgs, François Englert et le CERN lui-même. Fierté pour l’Europe.

Repose en paix Peter Higgs.

Manuel Lozano Leyva Il est professeur émérite de physique atomique et nucléaire à l’Université de Séville. Son dernier livre est La sorcière, le chat et le démon, de Zénon d’Élée à Stephen Hawking : les douze expériences imaginées qui ont changé l’histoire (Débat, 2023)

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