Ce que signifie la récente observation de la désintégration du Boson de Higgs pour la physique des particules

Six ans après avoir découvert le boson de Higgs, les physiciens ont observé comment les particules se décomposent, un apport monumental à la compréhension par les scientifiques du modèle standard de la physique des particules et de l’univers en général, selon les chercheurs de l’étude.

L’excitation a déferlé dans la communauté de la physique lorsque, en 2012, les physiciens ont découvert le boson de Higgs, une particule élémentaire prédite par le modèle standard qui se rapporte à la façon dont les objets ont une masse. Mais cette découverte n’a pas marqué la fin de l’exploration du boson de Higgs. En plus de prédire l’existence de particules de boson de Higgs, le modèle standard postule que 60 % du temps, une particule de boson de Higgs se décomposera en particules fondamentales appelées quarks bottom (quarks b).

Image d’entête : Une représentation du boson de Higgs se décomposant dans le quark inférieur (b) et son homologue antiparticule. (ATLAS Collab.)

Dans une recherche présentée le 28 août au CERN, les chercheurs du détecteur ATLAS et du CMS au LHC annoncent avoir observé la désintégration du boson de Higgs en quarks b. Cette constatation apporte un soutien majeur au modèle standard, qui a de nombreuses implications sur la façon dont nous comprenons le monde et l’univers. Le boson de Higgs est le moins connu et, à bien des égards, la particule la plus déroutante du modèle standard.  L’observation de son déclin jusqu’aux quarks inférieurs est une étape importante dans la compréhension de ses propriétés.

Les particules boson de Higgs ne vivent pas très longtemps. Mais, bien que le modèle standard prédit ce qui leur arrive lorsqu’ils meurent, jusqu’à présent, les chercheurs n’avaient pas observé la désintégration des particules en quarks b.

Bien que l’observation de la désintégration du boson de Higgs ne reçoive pas autant d’intérêt que la découverte de la particule elle-même, qui a reçu le prix Nobel de physique en 2013, il s’agit d’une “victoire colossale”, ont déclaré les chercheurs. Mais les travaux n’ont pas été faciles à réaliser. Pour créer des quarks b, les physiciens (en faisant simple) font se percuter des protons ensemble. Beaucoup de « bruit de fond » résulte de ce processus et les quarks b « sont presque impossibles à extraire de celui-ci » de ce « fuzz, » ou pulvérisations de particules plus légères connues sous le nom de jets.

Production d’un boson de Higgs en association avec un boson W/Z suivi d’une désintégration en une paire de quark b-antiquark. (CMS Experiment)

Ou…

Un événement proposé par le CMS pour le boson de Higgs (H) se décomposant en deux quarks inférieurs (b), en association avec un boson Z se décomposant en un électron (e-) et un antiélectron (e+). (CMS/ CERN)

De plus, l’ATLAS et le CMS sont des détecteurs séparés, de sorte que les collaborations qui travaillent avec chacun d’eux doivent effectuer et confirmer ces observations séparément pour qu’elles puissent être valides.

Les résultats sont une autre étape importante du cheminement vers une meilleure compréhension du boson de Higgs et de notre univers. Et chaque nouvelle découverte ou observation, comme la découverte du boson de Higgs, a le potentiel de faire place à de nouvelles questions et expériences.

De plus, ce travail représente  » un point de repère important dans nos tests du modèle standard « , selon les chercheurs.

La tâche principale des Higgs dans le modèle standard est de donner des masses aux fermions de matière et aux porteurs de force faibles, l’observation de cette décomposition est donc notre première preuve directe que le boson de Higgs donne des masses aux quarks comme le modèle standard le prédit.  L’observation de ce mode de désintégration laisse également moins de place aux particules potentielles non découvertes pour contribuer aux masses de fermions.

En confirmant que cette particule se décompose en quarks b, ces physiciens ont montré que le champ de Higgs, le champ derrière les particules de boson de Higgs, décrit comme une “gelée invisible qui imprègne tout l’espace « , donne la masse aux quarks b. Le champ de Higgs utilise le boson de Higgs pour interagir avec d’autres particules, comme le quark b, et leur donner de la masse.

De telles expériences permettent aux physiciens non seulement de valider ce que le modèle standard prédit au sujet du boson de Higgs et des quarks b, mais aussi de remettre en question ses prédictions. Jusqu’à présent, le modèle standard gagne toujours, mais si les chercheurs trouvaient des preuves qu’il n’est pas si standard, en trouvant des quarks supplémentaires, des choses bizarres comme des quarks vectoriels, les hypothétiques leptoquarks, ou de la matière noire, alors cela engendrerait un champ de recherche totalement nouveau sur la façon dont notre univers fonctionne.

La découverte présentée sur le site du CERN : Long-sought decay of Higgs boson observed et sur le site dédié au CMS : Paper on observation of Higgs boson decay to bottom quarks submitted!