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Le boson de Higgs

L’origine du mécanisme Brout-Englert-Higgs

Dans les années 1970, des physiciens ont compris que deux des quatre forces fondamentales étaient étroitement liées : la force faible et la force électromagnétique. Ces deux forces peuvent être décrites à l’aide d’une seule théorie, sur laquelle s’est érigé le Modèle standard. Une théorie dite « unifiée » parce qu’elle décrit l’électricité, le magnétisme, la lumière et certains types de radioactivité comme des manifestations d’une seule et même force fondamentale, appelée la force électrofaible.

Les équations fondamentales de la théorie unifiée rendent parfaitement compte de la force électrofaible et des particules porteuses de force qui s’y associent, à savoir le photon et les bosons W et Z. Sauf qu’il y a un hic : selon ce modèle, ces particules seraient dépourvues de masse. Or, si le photon n’a bel et bien aucune masse, nous savons que les particules W et Z en ont une, équivalente à près de 100 fois la masse du proton. Heureusement, les théoriciens Robert Brout, François Englert et Peter Higgs ont élaboré une théorie qui allait résoudre le problème. Ce que nous appelons aujourd’hui le mécanisme de Brout-Englert-Higgs donne une masse au W et au Z lorsqu’ils interagissent avec un champ invisible mais omniprésent dans l’Univers, récemment baptisé « le champ de Higgs ».

Immédiatement après le Big Bang, le champ de Higgs était de valeur nulle. L’Univers a toutefois commencé à se refroidir et, lorsque sa température est descendue en dessous d’une valeur critique, le champ de Higgs a augmenté spontanément – et communiqué une masse à toutes les particules qui interagissaient avec lui. Plus une particule interagit avec ce champ, plus elle est massive. Les particules qui, comme le photon, n’interagissent pas avec lui, restent dénuées de masse. Tous les champs fondamentaux sont associés à une particule. Le champ de Higgs est associé au boson de Higgs, qui est la manifestation visible du champ de Higgs, un peu comme une vague à la surface de la mer.

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