Joyeux anniversaire, boson de Higgs !

Le 4 juillet 2012, les porte-paroles de ATLAS et CMS annonçaient la découverte d'une particule dont les caractéristiques étaient compatibles avec celles du boson de Higgs recherché depuis de nombreuses années. (Image : Maximilien Brice, Laurent Egli/CERN)

Où étiez-vous le 4 juillet 2012, lorsque la découverte du boson de Higgs a été annoncée ? Beaucoup d'entre vous s'en souviennent immédiatement. Vous aviez peut-être eu la chance de trouver une place dans l'amphithéâtre principal du CERN, ou vous vous êtes peut-être joints à des collègues de votre université ou laboratoire pour voir le webcast de l'événement, loin du CERN, parfois à une heure indue.

« Je pense que nous l'avons, n'est-ce pas ? » ; telle était la question posée par le Directeur général du CERN de l'époque, Rolf Heuer, le 4 juillet 2012, dans l'amphithéâtre principal du Laboratoire. La réponse était évidente, tout comme l'émotion qui se lisait sur les visages des personnes rassemblées en nombre pour l'événement. Les porte-parole d'ATLAS et de CMS de l'époque, Fabiola Gianotti et Joe Incandela, venaient de présenter les derniers résultats des recherches sur le boson de Higgs, portant sur environ deux ans d'exploitation du LHC. L’annonce était prévisible vu les indices de l'existence du Higgs présentés quelques mois plus tôt, en décembre 2011, la quantité de rumeurs qui circulaient sur les blogs et l'agitation médiatique qui avait entouré le CERN les semaines précédentes, sans parler du titre du séminaire, qui ne laissait guère de place à l'imagination. Mais l'enthousiasme était malgré tout à son comble.

Video © CERN

Le boson de Higgs est la particule la plus intéressante du Modèle standard, et celle est venue le parachever. Lié à plusieurs des plus grands mystères actuels de la physique, il restera dans les prochaines années un important sujet d'étude pour les expérimentateurs comme pour les théoriciens.

Depuis 2012, nous en avons appris beaucoup sur les propriétés de la nouvelle particule, mais nous ne sommes encore qu'au début de cette exploration. Si l’on remonte aux premières recherches sur le boson de Higgs, la masse que pouvait avoir cette particule n’était pas connue : le Modèle standard ne pouvant la prédire, il fallait donc la mesurer. De fait, en 1975, dans le premier article publié décrivant les possibles signatures expérimentales de la particule, la gamme de masses envisagées pour le Higgs à cette époque s'étendait sur quatre ordres de grandeur, allant de 18 MeV à plus de 100 GeV.

Au 4 juillet 2012, la situation est radicalement différente. Le fait de n'avoir pas détecté le Higgs dans les collisionneurs précédents, notamment le LEP au CERN et le Tevatron au Fermilab, a conduit à établir que sa masse devait être supérieure à 114 GeV, alors que la théorie la situe obligatoirement au-dessous d’environ 800 GeV. Une fois le LHC du CERN mis en route, le boson de Higgs n'avait plus beaucoup de place pour se cacher : si le Higgs se trouvait dans la gamme d'énergies définie, le LHC pourrait sûrement le produire. 

La chasse au Higgs pouvait alors commencer. L'ingéniosité humaine allait être repoussée à ses limites. Les physiciens d'ATLAS et de CMS allaient devoir travailler jour et nuit pour extraire des données intéressantes des débris produits par les innombrables collisions proton-proton. Cette quête supposait d'immenses défis sur le plan de la résolution en énergie et de la capacité d'identification des détecteurs, sans parler des énormes volumes de données à traiter.  Le résultat de ces recherches se résumait finalement à deux graphiques. La découverte ne faisait aucun doute pour chaque collaboration, la signification statistique dépassant le seuil des 5 sigmas requis pour qu'on puisse parler de découverte.

L'annonce de la nouvelle particule s'est propagée instantanément dans le monde entier, mettant la science sur le devant de la scène. L'enthousiasme était unanime, ce qui montre l’impact que peut avoir de telles découvertes quand elles touchent aux constituants fondamentaux de la nature.

Cet article est un extrait d'un article plus long de Matthew Mccullough, publié dans le CERN Courier en juillet/août 2017, disponible en entier ici (en anglais).

Lire aussi les témoignages des physiciennes et des physiciens (et des autres) qui racontent comment ils ont vécu l'événement.

Vous pouvez également poster votre propre histoire du 4 juillet 2012 sur Twitter avec le hashtag #HiggsStories.