Cette semaine, des physiciens des particules travaillant avec le Grand collisionneur de hadrons ont observé pour la première fois le boson de Higgs se désintégrer en quarks b. Si vous êtes le rare membre du grand public qui saisit pleinement ce que cela signifie et pourquoi cela compte pour nous, les humains ordinaires, vous pouvez passer à autre chose.

Pour le reste d’entre nous, parlons un peu de la raison pour laquelle vous devriez vous soucier de choses comme les bosons et les quarks, qui sont les particules infinitésimales qui composent tout dans l’univers.

La physique des particules est l’étude des ingrédients et des recettes qui ‘cuisent’ notre réalité. En règle générale, nous pensons qu’il est important de savoir ce qui entre dans la fabrication de ce que nous mangeons et buvons, alors ne vaut-il pas la peine d’examiner également les ingrédients de l’existence ?

OK, alors peut-être que vous n’êtes toujours pas excité par de telles choses, que, contrairement à un brownie décadent, nous ne pouvons pas voir ou même concevoir d’interagir avec dans notre vie quotidienne. C’est juste. Au lieu de cela, considérez que des recherches scientifiques similaires pour comprendre la nature invisible de notre univers ont produit des percées et des avantages imprévus dont nous bénéficions tous, de nos réseaux de communication mondiaux en temps réel au défibrillateur qui pourrait vous sauver la vie un jour.

Il est possible que notre compréhension des bosons, des quarks et de leurs bizarreries nous aide un jour à développer de nouvelles sources d’énergie plus propres, à voyager vers d’autres systèmes solaires ou à vivre plus longtemps et en meilleure santé.

Passons donc au boson de Higgs , une particule dont l’existence est prédite par les physiciens depuis des décennies, mais qui n’a été repérée pour la première fois qu’à l’aide du géant Large Hadron Collider en 2012 . C’est important car on pense que ses interactions avec un champ d’énergie universel appelé champ de Higgs expliquent comment les particules subatomiques obtiennent leur masse.

‘Avant l’idée du Higgs, la masse était complètement mystérieuse. Elle semblait n’avoir aucune origine’, m’a dit Don Lincoln, physicien du FermiLab et co-découvreur du boson du Higgs, par e-mail.

Pour une compréhension plus approfondie de ce qu’est le boson de Higgs et de la façon dont il interagit avec le champ de Higgs, Lincoln le décompose assez bien avec une analogie célèbre dans la vidéo TED ci-dessous d’il y a quelques années.

La nouveauté cette semaine est que les physiciens ont enfin observé pour la première fois le sous-produit le plus courant du boson de Higgs. Ceci est important car la particule volante est instable et se désintègre si rapidement qu’elle ne peut pas être observée directement. Donc, le chercher se fait en fait en recherchant les sous-produits de sa décomposition rapide, comme renifler un œuf pourri par l’odeur seule.

‘Comme une pomme qui s’écrase sur le sol, le boson de Higgs, par son interaction avec le tissu de l’espace-temps, se transforme en les’ morceaux ‘finals que nous mesurons dans notre expérience’, a expliqué Harvey Newman, professeur de physique à CalTech.

Les scientifiques ont prédit que les bosons de Higgs devraient se désintégrer en une paire de particules différentes, appelées quarks bottom, environ 60 % du temps. La plupart du temps, ils se désintègrent en paires de bosons W ou Z, ou encore en d’autres types de particules élémentaires.

Il devrait donc être logique de rechercher des preuves de bosons de Higgs en recherchant les quarks inférieurs qu’ils créent le plus souvent.

‘Mais il y a une complication’, a expliqué Lincoln. ‘Les bosons de Higgs sont très, très, rares. Ils se produisent dans environ une collision sur un milliard… La plupart des collisions les plus ordinaires sont causées par la force nucléaire forte qui produit (des paires de quarks inférieurs) tout le temps. Ces fortes – les quarks bottom produits par la force submergent totalement ceux produits par le Higgs comme un murmure dans un ouragan.’

Ainsi, au final, les chercheurs ont utilisé les produits de désintégration les moins courants pour trouver le premier boson de Higgs en 2012.

‘Les chercheurs n’ont pas pu dire qu’ils avaient confirmé que les bosons de Higgs se désintégraient en quarks bottom. C’était un peu embarrassant’, a déclaré Lincoln.

C’est presque comme découvrir une nouvelle variété de grains de maïs soufflé qui sont invisibles jusqu’à ce qu’ils soient chauffés. Imaginez maintenant que vous devez chauffer votre pop-corn dans une chambre blanche remplie de morceaux de styromousse blanc qui ressemblent exactement à du maïs soufflé parfaitement moelleux. En regardant dans la chambre de l’extérieur, la seule façon de prouver votre découverte est de signaler les rares grains ratés qui n’ont pas éclaté et se sont simplement transformés en grains carbonisés et noircis. Parlez d’embarrassant.

Les chercheurs ont donc utilisé une nouvelle technique pour repérer le sous-produit le plus courant du boson de Higgs sous la forme de paires de quarks bottom. Dans notre analogie avec le pop-corn, cela pourrait être comme regarder la chambre dans l’infrarouge pour pouvoir séparer le pop-corn encore chaud des morceaux de styromousse réfléchissant la chaleur.

Jason Nielsen du Santa Cruz Institute for Particle Physics a sa propre métaphore pour décrire enfin l’observation du mode de désintégration principal du Higgs :

‘Si vous pouviez seulement observer le tronc et la queue distinctifs d’un animal, vous pourriez vous convaincre que c’est un éléphant. Vous pourriez même supposer quelque chose sur le corps de l’animal, en fonction de vos attentes, mais il est beaucoup plus satisfaisant de tirer le rideau en arrière et observez directement la partie principale de l’éléphant !’

Mais au-delà d’être simplement satisfaisant pour les chercheurs, la découverte de cette semaine pourrait également nous dire quelque chose d’important sur l’univers et d’où vient toute la masse qu’il contient.

‘Si vous considérez le champ de Higgs comme une sorte de’ sirop ‘dans le vide donnant de la masse aux particules, cela signifie que nous semblons n’avoir besoin que d’un seul type de sirop, même pour des types de particules complètement différents’, a déclaré David Charlton, physicien des particules. et ancien porte-parole de la collaboration LHC ATLAS, m’a dit.

En d’autres termes, cela pourrait être la semaine où nous avons découvert que non seulement le sirop sucré sur nos crêpes et nos gaufres ajoute de la masse à notre tour de taille, mais que le sirop le plus sucré de tous pourrait nous entourer, donnant littéralement de la masse à tout.

Si nous continuons à identifier tous les ingrédients du garde-manger de particules de l’univers, nous obtiendrons certainement des résultats encore plus savoureux.