L’existence du boson de Higgs (s’il existe) est éphémère : les collisions de faisceaux de protons de haute énergie au LHC peuvent permettre de le faire apparaître mais il n’est pas possible de le conserver car, comme beaucoup de particules, il se désintègre aussitôt.
Cette tendance à la désintégration est vraie pour la plupart des particules fondamentales, mais pourquoi ? Nous sommes dans le cadre de la mécanique quantique et même le plus improbable des évènements a une probabilité : si cela peut se produire, cela se produira.
Une particule n’est pas un « objet » dans le sens où nous l’imaginons habituellement mais plutôt une « possibilité ». Une idée générale est que nous ne pouvons pas décrire quelque chose sans quelques propriétés bien définies. En physique des particules, ces propriétés sont des nombres quantiques.
Un jeu de nombres quantiques, combiné avec quelques informations supplémentaires, nous donne ce que les physiciens appellent une fonction d’onde qui décrit un état de matière dans sa forme la plus fondamentale.
La désintégration d’une particule telle que le Boson de Higgs peut se produire si sa fonction d’onde est identique à la fonction d’onde combinée de 2 autres particules. De nombreuses désintégrations différentes sont possibles, de la même manière que la fonction d’onde de l’électron dans l’hydrogène peut se situer sur plusieurs orbites différentes, chacune ayant une probabilité différente. La transition entre différentes « orbites » (niveaux d’énergies) peut se produire si elle est permise par les nombres quantiques et se produira lorsque l’énergie et la conservation de quantité de mouvement seront satisfaites.
Le Boson de Higgs « est » donc également une paire de bosons Z ou W, une paire de photons ou une paire de quarks ou de leptons. Nous ne pouvons pas prédire si un seul Higgs se désintègrera en une paire de photons ou une paire d’autres particules, nous pouvons seulement donner la probabilité de chaque type de désintégration.
Lorsque le Boson de Higgs se désintègre, il émet 2 particules qui s’envolent dans 2 directions opposées et qui n’ont pas la possibilité de se recombiner pour reformer le Higgs.
Dans le Modèle Standard, les probabilités sont divisées en un nombre de canaux de désintégration qui incluent une paire de photons, une paire de Bosons Z ou W (dans ces cas là les produits de désintégration ne sont même pas réels mais virtuels), une paire de quarks (bottom/anti-bottom) ou une paire de leptons (tau). Afin d’établir si le Modèle Standard est correct ou non, nous devons compter toutes ces paires de particules. Si le nombre de paires que nous comptons est plus important que le nombre attendu dans le cas d’un scénario sans Higgs, alors nous calculons la masse invariante de ces paires. C’est ce que les équipes des expériences ATLAS et CMS du LHC sont actuellement très occupées à faire : compter et calculer.
Si le nombre de paires est conforme avec le scénario de l’existence du Boson de Higgs et que ces paires supplémentaires ont une masse invariante particulière qui est conforme avec la masse permise pour le Higgs, alors nous pouvons affirmer une découverte. Et si le nombre de paires est conforme avec le scénario sans Higgs, nous pouvons affirmer le contraire : l’exclusion. Ce qui est vraiment intéressant est de mesurer la découverte ou l’exclusion pour chaque désintégration possible du Boson de Higgs. C’est seulement avec ces informations que nous saurons si nous avons affaire au Higgs prédit par Peter Higgs dans le cadre du Modèle Standard.
Source : The Guardian