4 juillet 2012. En plus d'être le 236e anniversaire des États-Unis, les physiciens ont annoncé qu'ils avaient trouvé de solides preuves du boson de Higgs, une particule insaisissable qui imprime une masse aux autres particules élémentaires de l'univers. Il s’agit de l’une des réalisations les plus importantes de la physique au siècle dernier. Il a fallu la construction du Large Hadron Collider, l’accélérateur de particules géant basé à l’extérieur de Genève, en Suisse, pour le tester. Suite à ce triomphe, la communauté des physiciens était convaincue que le CERN ferait d'autres découvertes. Mais littéralement, des milliards de collisions de protons dans le collisionneur plus tard, rien de nouveau n’est apparu. Maintenant, cependant, après avoir passé au crible des années de données, les chercheurs de l'expérience ATLAS du LHC ont annoncé qu'ils pouvaient confirmer quelque chose de nouveau: la désintégration du boson de Higgs produit des quarks de fond, appuyant ainsi un cadre théorique de la physique connu sous le nom de modèle standard de la physique des particules.
Selon un communiqué de presse, l'observation de Higgs en 2012 était incomplète. Bien qu’il soit actuellement impossible d’observer un boson de Higgs, la détection des bits dans lesquels les particules se désintègrent est ce que l’accélérateur de particules peut faire. A cette époque, deux particules prédites appelées bosons de W et Z ont été observées, ce qui est attendu dans environ 30% des bosons de Higgs en décomposition. Mais les chercheurs n'ont pas vu les particules attendues 60% du temps, les quarks du bas.
Ou du moins, pensèrent-ils. Le problème, explique le Wire , c’est qu’ils ont vu des quarks de fond, mais trop nombreux; le collisionneur produit beaucoup de quarks de sous-sol par le biais de diverses interactions, en plus des flux de protons qu'il est conçu pour se faufiler. Il était donc extrêmement difficile de déterminer si un quark fond détecté dans le LHC provenait d’un boson de Higgs en décomposition ou ailleurs. C'est pourquoi les scientifiques ont mis si longtemps à atteindre le point de certitude raisonnable que certains des quarks de fond qu'ils observaient provenaient de la décomposition de Higgs. En examinant toutes les données depuis 2011 et en utilisant de nouvelles techniques analytiques telles que les réseaux neuronaux artificiels profonds et l'apprentissage automatique, ils ont finalement trouvé des preuves statistiquement significatives des quarks de fond générés par Higgs.
«C'est la première fois que nous avons vu le couplage de Higgs avec les quarks du fond, comme prévu», explique John Huth, physicien des particules de l'Université Harvard qui travaille sur l'expérience ATLAS, à Ryan F. Mandelbaum à Gizmodo . «Nous pensions que cela arriverait, mais jusqu'à ce que nous le voyions, nous ne saurions pas avec certitude qu'il se couplait ainsi à des quarks.»
Bien que le résultat soit un triomphe d'analyse et une autre confirmation du fait que nous avons probablement trouvé le boson de Higgs, il est également légèrement décevant. Cela s’intègre parfaitement dans le modèle standard, avec lequel les physiciens travaillent depuis le début des années 1970. Bien que le modèle explique beaucoup de choses sur la physique des particules, il présente des trous béants. Par exemple, cela ne traite pas de la gravité et n'explique pas la matière noire. Depuis que le LHC était en marche, les chercheurs espéraient des preuves de particules «étranges» qui briseraient ou élargiraient le modèle standard ou confirmeraient la supersymétrie, un addendum au modèle qui aide à expliquer la masse. Cela n’est tout simplement pas arrivé, du moins pas encore.
Pour le moment, les physiciens devront peut-être attendre quelques années de plus avant que les lois de la nature ne soient réécrites. Le LHC subit une série de mises à niveau de puissance qui seront terminées en 2026 et, une fois réactivé, l'accélérateur de particules grossi pourrait donner lieu au type de science étrange dont le domaine a besoin pour dépasser le fantasme le plus fou de John Hughes.
