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CMS mesure la masse du Higgs avec une précision inédite

La collaboration CMS a rapporté une mesure de la masse du boson de Higgs d'une précision d'environ 0,1 %

Measurement of the Higgs boson mass: candidate two-photon and four-lepton events
Événement candidat, enregistré par CMS, pour une transformation d'un boson de Higgs en deux photons ; les deux grandes colonnes vertes montrent les dépôts d'énergie issus des photons (Image: Thomas McCauley, CMS/CERN)

Le boson de Higgs est une particule unique en son genre. Il constitue en effet la manifestation d'un champ qui donne leur masse aux particules élémentaires. Ce champ donne toutefois également sa masse au boson de Higgs lui-même. Une mesure précise de la masse du boson de Higgs est doublement importante : elle nous permet non seulement d'approfondir notre connaissance de la physique, mais elle jette aussi une nouvelle lumière sur les recherches prévues auprès de futurs collisionneurs.

Depuis la découverte de cette particule sans pareille en 2012, les collaborations ATLAS et CMS auprès du Grand collisionneur de hadrons du CERN se sont efforcées de déterminer ses propriétés. Selon le Modèle standard de la physique des particules, la masse du boson de Higgs est étroitement liée à la force de l'interaction de la particule avec elle-même. La comparaison de mesures précises de ces deux propriétés constitue un moyen crucial de tester les prédictions du Modèle standard, et elle contribue aussi à la recherche d'une physique au-delà des prédictions de cette théorie. En plus de sonder la force de l'« auto-interaction » du boson de Higgs, les scientifiques se sont également attachés à calculer sa masse exacte.

Lors de la découverte du boson de Higgs, sa masse a été mesurée à environ 125 gigaélectronvolts (GeV), mais elle n'était alors pas connue avec une grande précision. L'analyse de bien plus de données était nécessaire pour réduire la marge d'erreur de cette mesure. Et effectivement, ATLAS et CMS ont amélioré au fil des années, avec leurs mesures respectives, la précision de cette mesure. L'année passée, ATLAS a mesuré la masse du boson de Higgs à 124,97 GeV avec une précision de 0,24 GeV, soit 0,19 %. Maintenant, la collaboration CMS a annoncé la mesure la plus précise à ce jour de cette propriété : 125,35 GeV avec une précision de 0,15 GeV, soit 0,12 %.

Comme la majorité des particules connues, le boson de Higgs est instable et se transforme (ou se « désintègre ») presque instantanément en des particules plus légères. La nouvelle mesure de sa masse était basée sur deux de ses transformations, très différentes l'une de l'autre : sa désintégration en quatre leptons via deux bosons Z intermédiaires, et sa désintégration en deux photons. Pour obtenir la valeur de la masse, les scientifiques ont combiné les résultats de deux ensembles de données enregistrés par CMS pour ces deux désintégrations : le premier enregistré en 2011 et 2012, et le second en 2016.

Cette mesure ajoute une nouvelle pièce au puzzle passionnant de l’univers des particules subatomiques.

Pour en savoir plus, rendez-vous sur le site web de CMS.