Boson de Higgs: le CERN voit double

Décidément, on ne s’ennuie jamais au CERN de Genève. L’an dernier, à la même époque, les chercheurs pensaient que les neutrinos pouvaient se déplacer à la vitesse de la lumière. Démenti le 16 mars 2012. Cette année, on n’y parle que du boson de Higgs et de sa dernière aventure : un dédoublement imprévu, incongru et inquiétant.

Les résultats de l’expérience Atlas publiés le 13 décembre 2012 font en effet apparaître non plus un mais… deux bosons de Higgs. La détection de l’existence de la fameuse particule est obtenue grâce aux désintégrations engendrées par les collisions de particules à l’intérieur de l’accélérateur LHC du CERN. Le 4 juillet 2012,  le CERN a annoncé avec enthousiasme avoir obtenu les preuves expérimentales de l’existence d’un nouvelle particule ayant de très fortes probabilités d’être le boson de Higgs. Mais ils ont, semble-t-il, négligé alors de mentionner que l’une des deux expériences qui traque le boson, avait obtenu, dès le mois de mai 2012, la trace de… deux bosons.

Au lieu d’une seule particule dont la masse serait d’environ 125 gigaélectronvolts (GeV), voilà qu’elles seraient deux avec des masses de 123.5 GeV et 126.6 GeV. Une différence de 3 GeV qui pose un réel problème aux physiciens car elle est à la fois trop petite et trop grande. Trop petite pour qu’il s’agisse de deux particules très différentes. Trop grande pour que la différence de 3 GeV soit due à des erreurs d’expérience ou de calcul. D’autant que les données ont été triturées dans tous les sens pour tenter d’éliminer cette aberration. Sans résultat. L’expérience montre une désintégration du boson en deux photons. Sorte de boson Higgs-Higgs…

Est-ce grave ? Oui…

Après tout, est-ce si grave ? Si cette observation était confirmée, il semble que oui. L’apparition d’une seconde particule au lieu d’un seul boson de Higgs mettrait en effet à mal pas moins de deux théories. Le modèle standard, d’abord, pour lequel le boson de Higgs unique a été imaginé dans les années 1960. Sa découverte doit conforter cette théorie. En cas de bosons de Higgs multiples, une autre théorie, la supersymétrie, reprendrait-elle du poil de la bête? Rien n’est moins sûr. Selon un physicien du CEA interrogé par Globule et télescope, “la supersymétrie, qui prévoit plusieurs Higgs, n’envisage pas qu’ils soient si proches en masse”.

Trop proches ou trop éloignés… Le double boson de Higgs va faire jaser pendant des mois car il faudra attendre mars 2013 pour la prochaine mise à jour des résultats publiés par le CERN à partir de l’énorme quantité de données fournies par les expériences. Mars ? Le mois de la révélation de la bourde des neutrinos plus rapides que la lumière… Attendons donc la cuvée 2013 des révélations de printemps du CERN. Pour Peter Higgs, candidat au prix Nobel de Physique, ce délai risque d’être particulièrement pénible. C’est en effet en début d’année 2013 que la sélection des candidats est faite. Déjà, l’an dernier, ce calendrier, lui a été fatal. Sera-t-il victime, l’an prochain, du double Higgs ?

Michel Alberganti

22 commentaires pour “Boson de Higgs: le CERN voit double”

  1. Aucune chance que ce dédoublement soit un effet indirect cez les chercheurs des bulles de champagne qui ont chantées de plaisir après l’annonce du fameux boson à saveur Higgs ?
    Les résultats de la coopération Opéra étaient uniques alors que l’annonce de la découverte du fameux boson a été faite après analyse des résultats de deux expériences indépendantes (sauf du LHC commun).
    N’empêche que la physique a souvent avancé à la suite de résultats contredisant la théorie dont le destin est toujours d’être contredite ou complétée, parce qu’une découverte qui n’est pas falsifiable n’est pas vraiment scientifique.

  2. Ok, merci pour l’article, mais qu’est-ce qu’un Boson de Higs ? ça me fait une belle jambe du coup >< LAPIN COMPRIS.

  3. @maria – Oups, j’ai oublié le lien avec l’article pour comprendre ce qu’est le boson de Higgs. Il est maintenant rajouté en début de billet. Et le voici:
    http://www.slate.fr/story/58887/boson-de-higgs-cern-25e-particule-decouverte

  4. Faut pas exagerer non plus,
    Une fois le calcul d’erreur (le truc qu’aprennent les étudiants de première années sans trop comprendre que c’est la chose la plus importante en physique) fait,
    Les deux mesures sont compatibles la preuve il y a une intersection entre les deux cercles pointillés.

    En accumulant un peu plus de données, ou en regardant ce que sort CMS on pourra soit faire converger les deux pics, soit les discriminer clairement

    Pas de quoi fouetter un boson pour le moment

  5. Les deux Bosons de Higgs
    @FrancoisFillon et @jf_cope
    Un pas de géant pour l’#UMP
    Un pas de 3 Gev pour l’humanité !
    http://t.co/JdenFCp2 LOL

  6. Les limites de la connaissance : “la limite de Higgs” ?
    Bossons sur les bosons… à quand le suoer LHC ? tracé le long de l’équateur…

  7. Sans vouloir vous offenser, M. Alberganti, ce n’est pas avec cet article que vous contribuerez à faire comprendre la démarche scientifique au grand public, alors que c’est quand même un peu le rôle des journalistes scientifiques dont vous êtes.
    Je pense en particulier à ce passage : « Après tout, est-ce si grave ? Si cette observation était confirmée, il semble que oui. L’apparition d’une seconde particule au lieu d’un seul boson de Higgs mettrait en effet à mal pas moins de deux théories. »

    Certes, oui, d’un point de vue « politique » (et profane), c’est « grave », puisque le LHC a été construit « pour détecter le boson de Higgs » (c’est comme ça qu’il a été vendu aux investisseurs, politiques et profanes), donc ne pas trouver ce qui est prévu, à savoir un et un seul boson, pourrait faire penser que le LHC fut un mauvais investissement.

    Mais du point de vue scientifique, c’est tout le contraire !
    En effet, vérifier une prédiction d’une théorie n’apporte aucune nouvelle information (puisque, justement, elle avait été prédite), tout au plus les données annexes (comme la masse de la particule détectée) donnent-elles quelques valeurs numériques supplémentaires qui ne changent rien à la théorie elle-même et ne lui permettent pas de prédire plus : dans ce genre de situation, la réaction naturelle du physicien est de se dire « ah, cool, ça marche » puis, 3 secondes plus tard, de passer à autre chose de bien plus intéressant.
    Par contre, réfuter une prédiction (voir principe de réfutabilité de Popper), c’est incommensurablement plus intéressant dans la mesure où ça apporte une information réellement nouvelle (à savoir qu’il y a un problème dans la théorie actuelle) et où ça invite toute la matière grise mondiale disponible à élaborer de nouvelles théories (ou à en ressortir du placard) : ce qu’espèrent au fond d’eux les physiciens qui travaillent au LHC, c’est justement une réfutation du modèle standard, porte ouverte, enfin, à de la nouvelle physique !

  8. @ Ethaniel – Pas d’offense, bien au contraire. Les critiques argumentées sont toujours les bienvenues. La votre en fait partie. Je reconnais que j’aurais dû mieux qualifier le terme “grave”. Les précisions que vous apportez sont limpides. En effet, c’est grave par rapport aux annonces précédentes du CERN ayant déclaré avoir trouvé, avec 99,99% de certitude, le boson de Higgs. Sans parler clairement des deux signaux. Normal au début, lorsque les données n’ont pas encore été assez analysées. Moins compréhensibles fin 2012, après plus de 6 mois de travail sur ces données. Sans doute l’affaire des neutrinos a-t-elle laissé des traces. Mais la prudence ne doit pas se transformer en silence.
    Je suis tout à fait d’accord avec vos explications sur l’intérêt d’une prédiction infirmée par l’expérience. Mais vous devez savoir aussi que la réfutation du modèle standard, outre la déception qu’elle causera à Peter Higgs, plongera la physique dans de profondes interrogations. D’autant que l’un des modèles alternatifs, la supersymétrie, ne semble pas compatible, non plus, avec les deux bosons détectés (masses trop proches).
    La majorité des physiciens semblent plutôt prêts à se contenter de la “déception” d’une confirmation du modèle standard, “qui fonctionne tellement bien”. Leur véritable objectif, le Graal, c’est bien la compatibilité de ce modèle avec la théorie de la gravitation d’Einstein. A moins que, justement, l’invalidation du modèle standard ouvre justement la voie vers cette compatibilité…

  9. @Gérald > Concept intéressant, mais vu la tectonique des plaques ainsi que les zones maritimes à traverser, c’est difficilement envisageable.
    Par contre, sur un grand cercle de la Lune ou, mieux, de Mars, corps planétaires sans tectonique ni mer, ce serait top =) !
    Voire, soyons fous (pourquoi se limiter au diamètre d’un corps tellurique ?), un anneau en orbite autour de la Terre… voire du Soleil (on n’est plus très loin de Halo, là ^^) !

  10. […] Boson de Higgs: le CERN voit double <b>Ce matin, le comité Nobel a annoncé qu'il décernait le prix à deux chercheurs, le Français Serge Haroche et l'Américain David Wineland, tout deux pour leurs travaux sur la lumière. […]

  11. […] grande para que se deba a un error de cálculo. Tal y como se indica en el blog de Slate.fr, Globule et Télescope. Más grave aún, todos los esfuerzos de los científicos para borrar esta aberración no han […]

  12. @michelalberganti > Votre dernière supposition est la bonne : le modèle standard étant *intrinsèquement* incompatible avec la relativité générale, il est généralement admis que ces deux théories ne sont que des (très très bonnes à leur échelle de taille) approximations qui devront un jour laisser place à une théorie unifiée (à noter que l’on connaît déjà d’autres phénomènes montrant que le MS est incomplet en l’état, voir http://en.wikipedia.org/wiki/Physics_beyond_the_Standard_Model).

    Concernant votre questionnement sur les 6 mois d’attente pour entendre parler de ces 2 pics, je ne partage pas votre avis : vous suggérez que, échaudés par l’affaire des neutrinos, les chercheurs d’ATLAS aient attendus plus que de raison pour annoncer leurs résultats ; je pense au contraire que s’ils avaient étaient échaudés, ils auraient attendu une nette séparation de 5 sigma des pics pour en parler, ce qui est encore très loin d’être le cas ici.

    Ah et sinon : « Une différence de 3 GeV […] Trop petite pour qu’il s’agisse de deux particules très différentes. » ; le proton et le neutron, particules différentes s’il en est, n’ont que 1.3 MeV de différence 😉 (oui j’avoue, j’exagère, la comparaison de deux hadrons n’ayant rien à voir avec la comparaison de (potentiellement) deux bosons, j’aurais été plus pertinent en parlant des bien connus bosons W et Z ayant presque 11 GeV de différence ^^).

  13. J’ai rien compris!!!
    Normalement, Charles Higgs habite en Californie pas à Geneve!!

  14. Je note dans l’article consacré par Wired Sciences sur le sujet : But it’s much more probable that scientists are seeing a statistical mirage. Heinemann said the four lepton channel has only analyzed about 10 Higgs bosons and the two photon channel about 500 Higgs. Physicists need to see the same result over and over in thousands or even millions of particle events before they are sure it’s not just a statistical coincidence. “The most likely explanation is that it’s one particle,” said Heinemann.
    Beate Heinemann est une scientifique de l’université de Californie (Berkeley) qui participe à l’expérience ATLAS
    Pour mémoire la détection de la désintégration du boson de Higgs donne par une voie 4 leptons et 2 photons par une autre voie.
    Le canal à deux photons donne pour la masse du Higgs 126,6 gigaélectronvolts (GeV) soit environ 126 fois la masse d’un proton, celui des quatre leptons suggère que la masse est 123,5 GeV.

  15. @patricedusud – Vous avez raison. De nombreux participants à l’expérience Atlas militent aussi pour le problème statistique. Néanmoins, cela fait des mois que les chercheurs tentent de s’en débarrasser sans succès. Il reste d’autres données à analyser. Wait and see…

  16. @ “Au lieu d’une seule particule dont la masse serait d’environ 125 gigaélectronvolts (GeV), voilà qu’elles seraient 2 avec des masses de 123.5 GeV et 126.6 GeV.”
    La théorie de Higgs prévoit 125 GeV de Masse. Le CERN avance 2 Bosons avec des masses de 123.5 GeV et 126.6 GeV. 123.5 + 126.6 = 250.1 * 2 = 125.05 GeV.
    Ce qui veut dire que la théorie initiale de Higgs (125 GeV) est exacte mais il manque la finalité ; 2 bosons au lieu de 1 et un calcul ; 123.5 + 126.6 = 250.1 * 2 = 125.05 GeV.

  17. Il faut éviter les conclusions hâtives. Avec des résultats récents incluant le mode de désintégration en quatre leptons, l’expérience CMS confirme le signal annoncé le 4 juillet et obtient une masse combinée de 125.8 GeV avec une erreur combinée de 0.6 GeV, en accord non seulement avec les résultats ATLAS et CMS du 4 juillet mais aussi les résultats d’ATLAS en deux photons présentés le 13 décembre. En d’autres termes, le quatre-leptons de CMS est en accord avec le deux-photons d’ATLAS, par conséquent l’hypothèse d’un double boson n’est pas d’actualité. Il faut bien comprendre que la masse dans le mode quatre-leptons, que ce soit dans ATLAS ou dans CMS, s’effectue sur un échantillon de moins de 20 événements avec un rapport signal-sur-bruit de l’ordre de 1. En fait c’est même pire que cela, car l’essentiel de la sensibilité sur la masse vient d’un sous-ensemble de ces événements, dits à quatre muons. On est dans le domaine délicat des très faibles statistiques qui impose prudence et rigueur dans la formulation de faits scientifiques.

  18. @Ethaniel. C’est toujours un grand moment de de se savoir compris… surtout quand on dit n’importe quoi ! Votre papier est très bon.
    Cette démarche scientifique n’est-elle pas d’abord une démarche philosophique ? On cherche quoi au juste ? L’origine de l’origine, la cause première qui n’a pas de cause… mise en abyme de nos interrogations. Le budget de la philosophie est donc très important…
    C’est une grande satisfaction de voir qu’on peut mobiliser autant de ressources (financières, scientifiques, techniques) pour ce type de recherche. Mais qui n’est pas grand chose par rapport aux budgets militaires.
    Bien à vous.

  19. Juste une question d’un point de vue strictement béotien:

    D’après ce que j’ai compris (remarquez la précaution), quand on détruit les protons et neutrons d’un atome, on commence à voir apparaître 24 (ou 25 voire 26) briques de lego élémentaires qque sont les bosons et les hadrons.

    Ma question: Comment peut on avoir des éléments constitutifs de particules ayant des masses “plus grandes” que les particules elles mêmes??? (Je dois probablement me gourer quelque part mais je croyais que la masse d’un proton était quelque chose comme 938 MeV) or on parle de 125 GeV pour le boson)

    J’avoue que mes cours de physique sont loin derriere moi et que je dois faire une grosse erreur quelque part.

  20. @Damoc > L’astuce consiste à tirer profit de l’équivalence masse/énergie, rendue célèbre par la formule « E=mc² » (de nos jours, on sort gamma de m, mais passons).
    D’ailleurs, on notera que, techniquement, les eV (et leurs multiples MeV et GeV) sont des énergies (1 eV ~= 1.6e-19 J) et non des masses, le coefficient c² autorisant cependant la conversion (1 eV/c² ~= 1.8e-36 kg) : donner une masse en eV est donc, formellement parlant, un abus de langage (cependant répandu), on devrait la donner en eV/c².

    Ordoncques, le proton pèse effectivement dans les 0.938 GeV/c², soit une énergie de 0.938 GeV… au repos !
    Or, les protons atteignant dans le LHC une vitesse valant 99.9999964 % de celle de la lumière (en 2010/2011, puis 99.99999725 % en 2012), il faut ajouter à leur énergie au repos leur énergie cinétique (l’équivalent relativiste du 1/2*mv² classique), donnant aux protons une énergie totale de 3.5 TeV (puis 4 TeV en 2012), soit une énergie totale de collision de 7 TeV puis 8 TeV (13 TeV prévus pour 2015, 16 TeV quand le LHC sera poussé au maximum permis par son design).
    C’est donc de ces 7 voire 8 TeV d’énergie brute que l’on peut voir statistiquement surgir des particules pesant, disons, dans les 125 GeV/c² (et d’énergie supérieure à 125 GeV, mais inférieure à 7/8 TeV, si leur vitesse est non nulle) : tant que les conservations de l’énergie et de la quantité de mouvement sont respectées, c’est bon.

    Petit détail amusant, puisque l’on est dans le sujet : le proton, pesant 938 MeV/c² au repos, est essentiellement constitué de 2 quarks u pesant 1.5–4 MeV/c² chacun et d’1 quark d pesant 4–8 MeV/c², liés par des gluons (bosons transmetteurs de la force nucléaire forte) de masse nulle, soit une masse totale de 7–16 MeV/c², bien loin des 938 MeV/c² attendus.
    La différence (plus de 98 % !) vient en fait de l’énergie de liaison nucléaire forte (attention, à la différence du paragraphe précédent, ce n’est pas de l’énergie cinétique — une analogie classique est de considérer l’énergie acquise par un ressort bloqué en position étirée), seuls moins de 2 % de la masse du proton sont en fait de la « vraie » masse, c’est-à-dire due à une interaction avec le champ de Higgs et non à de l’énergie rendue équivalente à de la masse : finalement, le boson de Higgs n’est pas si important que ça ;).

  21. Correction au dernier paragraphe du commentaire précédent : en fait, si, il y a également une composante cinétique à la masse des nucléons (cf. facteurs de forme électromagnétiques).

  22. tout à fait d’accord avec la conclusion: “finalement, le boson de Higgs n’est pas si important que çà.”

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