L’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, le Cern, pourrait annoncer mercredi 4 juillet l'existence du célèbre et désormais très recherché boson de Higgs. La communauté scientifique mondiale s’attend à ce que l'institut situé à la frontière franco-suisse révèle enfin avoir attrapé cette particule dont l’existence n’est pour l’instant que théorique.

Cette possibilité est d’autant plus forte que le laboratoire américain Fermilab, concurrent du Cern, a assuré le 2 juillet que ses "données pointent fortement vers l'existence du boson de Higgs mais [qu']il faudra les expériences du LHC [le Grand collisionneur de hadrons du Cern, plus puissant canon à particules au monde, NDLR] en Europe pour confirmer”.

Cette découverte, si elle venait à être confirmée, soulagerait les physiciens du monde entier. Le boson de Higgs - ou plutôt son existence - est, en effet, à la base de tout ce que les scientifiques pensent savoir sur la formation de la matière depuis le début de l’univers. FRANCE 24 vous propose de vous préparer à ce qui pourrait être une annonce historique.

D’où vient le boson de Higgs ?

En 1964, il est tombé comme un cheveu sur le modèle standard de la physique des particules à l’initiative de plusieurs physiciens, dont l’Américain Peter Higgs. Celle-ci parvenait à expliquer la formation des particules et de l'univers, à un détail près : impossible de comprendre pourquoi les particules avaient une masse et qui plus est variable. C'est là que le boson de Higgs est entré en jeu : les scientifiques imaginent que c'est cette particule qui confère leur masse aux autres. Ils n'ont aucune preuve qu'elle existe bien, mais assurent que sans celle-ci, le modèle standard s'effondre.

Selon les physiciens, le boson de Higgs serait né quelques instants après le Big Bang. Il est à l’origine de la masse de tout ce qui existe dans l’univers et “sans lui, les particules se déplaceraient toutes à la même vitesse et ne se rencontreraient jamais et nous n’existerions pas”, explique le Fermilab qui cherche le boson de Higgs depuis les années 1990. C'est en effet en se rencontrant que les particules créent des éléments de plus en plus complexes jusqu'aux êtres humains.

Qui est à la recherche de cette particule mystère ?

La quête du boson de Higgs a commencé en 1989 au Cern avec le LEP (le Grand collisionneur électron-positron). En 2000, le collisionneur cesse de fonctionner afin de mettre en chantier son successeur, le LHC, plus puissant, qui permet de libérer une énergie comparable à celle du Big Bang. Ce dernier est finalement lancé en 2008 et représente depuis lors l’épicentre de la recherche sur le boson de Higgs.
 

Des Américains du laboratoire de physique Fermilab de Chicago recherchent depuis 1993 exactement la même chose avec leur propre accélérateur de particules, Tevatron. Mais la puissance supérieure et le prestige du LHC européen ont eu raison de ce concurrent qui a arrêté d’accélérer les particules en septembre 2011.

Comment mettre la main sur le boson ?

Pour le trouver, il faut se mettre dans les conditions du Big Bang. Le Grand collisionneur de hadrons (une particule composite plus petite que l'atome) recrée des collisions de particules libérant une énergie similaire à celle du début théorique de l’univers. À chacun de ces Big Bang de laboratoire, les scientifiques espèrent observer l’apparition du fameux boson. Mais le hic de ce Higgs est que la particule disparaît après une fraction de fraction de seconde.

Il est donc totalement impossible de la voir à l’œil nu. Les équipes du Cern multiplient donc les mesures. À chaque fois qu’elles réalisent une collision, elles notent la masse de l’explosion : si elle correspond au total de celle des particules qui sont entrées en collision, le boson de Higgs ne s’est pas manifesté... Si la masse diffère, c’est une autre histoire.

Mais les différences de masse ne sont pas forcément dûes à la particule. Il peut y avoir des erreurs de calcul, la création d’autres particules déjà connues. Pour être sûr qu’on a affaire à un boson de Higgs, il faudrait connaître sa masse exacte afin de savoir si la différence de mesure lors de la collision est dûe ou non à cette particule précise. Seul problème, mais de taille : comme on n’a jamais observé de boson de Higgs, sa masse est inconnue !

C'est cette constante essentielle que la plupart des expériences menées au Cern et au Fermilab cherchent justement à établir. Selon les dernières observations du Fermilab, la masse du boson de Higgs est comprise entre 115 et 135 gigaélectronvolts (GeV). Afin de pouvoir crier victoire, il faut pouvoir donner cette masse avec une marge d’erreur inférieure à un sur 3,5 millions...