En 2012, le boson de Higgs s’est d’abord manifesté – ici dans le détecteur CMS – sous la forme de deux photons, fruits de sa désintégration. Si elle est confirmée, la découverte du X empruntera le même canal.
Il y a un peu plus de 4 ans, précisément le 4 juillet 2012, dans le grand amphithéâtre du Cern, près de Genève, les physiciens du LHC annonçaient au monde la découverte du boson de Higgs. A priori, rien de commun avec le X, cette particule dont les premiers signes ont peut-être été observés fin 2015, et dont l’existence pourrait être confirmée tout prochainement. D’une part, le Higgs était attendu depuis des décennies, quand le « petit excès » rendu public le 15 décembre dernier a fait l’effet d’une véritable surprise. D’autre part si le premier signifiait que le modèle standard, l’actuelle théorie de l’univers élémentaire, était enfin complet, le second ouvrirait une nouvelle ère de l’exploration de l’infiniment petit.
Le cousin “obèse” du boson de Higgs ?
Et pourtant… Tout d’abord, selon certains théoriciens, si X il y a, celui-ci pourrait bien constituer une sorte de cousin obèse du boson de Higgs, cette particule qui, au sein du modèle standard, confère leur masse à toutes les autres.
Plus précisément, dans les années Soixante, une poignée de théoriciens parvient à fusionner sur le papier deux des quatre forces fondamentales : l’électromagnétique et l’interaction faible. Pour autant, contrairement au photon – la particule vectrice de l’électromagnétisme – les bosons W et Z, qui transmettent l’interaction faible, sont extrêmement massifs. Or cet embonpoint est incompatible avec une symétrie mathématique fondamentale (dite symétrie de jauge) sur laquelle la théorie électrofaible est fondée, au point de réduire cette dernière à un fatras d’incohérences mathématiques. Jusqu’à l’introduction d’une particule supplémentaire dans l’édifice, le boson de Higgs, dont l’effet dans les équations est de rendre compatible la symétrie de jauge avec la masse des W et Z.
La particule X pourrait être l’un des cinq bosons de Higgs prévus par certaines théories
Au-delà, les physiciens constatent que l’interaction de ces particules avec le Higgs revient à les affubler d’une masse. Ainsi, le “Higgs” ne rend pas seulement compatible les symétries de la théorie électrofaible avec le fait que le W et le Z ont une masse, il donne une raison à l’existence même de ces masses. Mieux encore : on se rendra compte par la suite qu’il explique de la même manière la masse des particules de matière, les quarks et les leptons.
Dans le cadre du modèle standard, une seule particule suffit pour remplir ce rôle. En revanche, plusieurs de ses extensions supersymétriques prévoient l’existence non pas d’un unique boson de Higgs, mais de cinq. Or selon plusieurs théoriciens, la particule X pourrait tout à fait constituer l’un d’entre eux.
Les premiers signes de la particule X ressemblent à ceux du boson de Higgs
Mais le lien entre les deux particules va au-delà. Ainsi, le signal naissant observé fin 2015 consiste en un petit excès de photons à l’origine d’une petite bosse dans les graphiques résumant les résultats expérimentaux. Or fin 2011, c’est exactement de la même manière que le boson de Higgs a commencé à se manifester. Et de même qu’aujourd’hui, il était alors impossible de dire si ces quelques particules de lumière surnuméraires constituaient les produits de désintégration d’une poignée de bosons de Higgs, ou bien une simple fluctuation des données. Ce n’est qu’à l’issue d’une prise de données supplémentaire que l’excès initial s’est transformé en un signal incontestable.
Faut-il y voir le signe que l’histoire est en train de se répéter, et que d’ici quelques semaines le X va finir de prendre corps dans le creuset de l’accélérateur géant ? « Il est impossible de nier qu’il y a une vraie proximité entre les deux observations, confirme un expérimentateur. D’où en partie l’excitation dans laquelle nous sommes depuis plusieurs mois. » Et dont tout le monde espère qu’elle explosera en apothéose dans le grand amphithéâtre du Cern avant la fin de l’été…
—Mathieu Grousson
Mathieu Grousson est un journaliste collaborateur de Science & Vie spécialiste de la physique fondamentale. Suivez son blog “Particule X” :
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