Le boson de Brout-Englert-Higgs n’explique pas la masse des protons et des neutrons mais il sert bel et bien à donner des masses à leurs constituants, les quarks, dans le cadre de la théorie standard des hautes énergies. Au LHC, les détecteurs Atlas et CMS viennent de le confirmer avec le quark top. Cela peut ouvrir une fenêtre sur une nouvelle physique expliquant les valeurs précises de ces masses.

Qu’est-ce que le boson de Higgs ? Avant d’être découvert, le boson de Higgs a été postulé. Cette particule singulière, qui n’est ni de la matière ni le véhicule d’une force, était une pièce manquante des théories existantes. Nathalie Besson, physicienne au CEA, nous explique pourquoi les scientifiques ont introduit cet étrange boson.

Lors de l’émouvant hommage rendu au physicien Pierre Binétruy il y a un mois, le célèbre physicien théoricien Jean Iliopoulos, membre de l’Académie des sciences, lauréat de la prestigieuse médaille Dirac et qui a été un des architectes du modèle standard (en prédisant avec Sheldon Glashow et Luciano Maiani l’existence d’un nouveau quark, qu’on appellera par la suite « charme »), a soutenu l’idée qu’il était temps désormais de parler de la « théorie standard de la physique des hautes énergies » et non plus du « modèle standard ».

En effet, avec la découverte du boson de Brout-Englert-Higgs faisant suite à celle des bosons W et Z ainsi qu’aux impressionnantes confirmations dans les collisions au LHC de bon nombre d’autres prédictions de la théorie électrofaible combinée à celle de la chromodynamique quantique, ce modèle est si solidement établi que la prudence n’est plus de mise.

Voir aussi :La masse des quarks est-elle nécessaire à l’apparition de la vie ?

N’oublions pas pour autant que la théorie standard contient de nombreux paramètres libres dont les origines restent inconnues. Il est toutefois possible de tenter de découvrir ces paramètres en faisant des mesures fines de certains d’entre eux, car ils pourraient contenir des signes d’une nouvelle physique.

Les membres des collaborations Atlas et CMS (du nom des deux détecteurs géants permettant d’analyser les produits des collisions de protons au LHC) viennent justement de faire savoir, via deux articles sur arXiv, que nous avions à nouveau des raisons de faire confiance à la théorie standard et qu’une nouvelle fenêtre sur ce qui pourrait se trouver au-delà venait de s’ouvrir.

La masse du quark top

Initialement, l’existence du boson de Brout-Englert-Higgs (BEH) ou, plus précisément, le mécanisme de Brout-Englert-Higgs qui la suppose était un moyen de donner des masses aux bosons W et Z, les particules vectrices des interactions nucléaires faibles (il n’explique pas du tout la masse des protons et neutrons, qui vient en fait des gluons de la QCD). Mais les physiciens se sont rapidement rendu compte que la théorie standard pouvait aussi donner des masses aux particules de matière, en l’occurrence, aux quarks et aux leptons. Comme expliqué dans les articles ci-dessous, ces masses sont liées à ce que l’on appelle « des paramètres de Yukawa ». Ces derniers connectent des réactions de production et de désintégration des quarks et des leptons via des productions et des désintégrations du boson de Brout-Englert-Higgs. Techniquement, il s’agit d’un couplage entre le champ du boson BEH et le champ de matière du quark top.

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