Des physiciens découvrent les premiers signes d’une désintégration rare du boson de Higgs
Pour la première fois depuis que la découverte du boson de Higgs a fait la une des journaux en 2012, des physiciens ont observé la désintégration du boson de Higgs en boson Z et en photon.
Ces observations, qui s’inscrivent dans le cadre des expériences ATLAS et CMS menées au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, à la frontière franco-suisse, pourraient fournir des preuves indirectes de l’existence de particules autres que celles prédites par le modèle standard de la physique des particules.
Image d’entête : le tunnel du LHC au point 1. (CERN)
Les bosons de Higgs sont l’excitation quantique du champ de Higgs qui interagit avec d’autres particules élémentaires pour leur donner leur masse. Les bosons Z sont les porteurs électriquement neutres de la force faible (responsables de la désintégration radioactive) et les photons (particules de lumière) sont les porteurs de la force électromagnétique.
Le processus de désintégration a été annoncé lors de la conférence sur la physique du grand collisionneur de hadrons qui s’est tenue à Belgrade.
Comme la désintégration du boson de Higgs en deux photons, le processus de désintégration qui vient d’être observé n’est pas direct. La désintégration passe par une « boucle » intermédiaire de particules « virtuelles » qui entrent et sortent de l’existence et ne peuvent être détectées directement.
Certaines de ces particules virtuelles pourraient être nouvelles et ne pas être prises en compte dans le modèle standard.
Des mesures de la masse du boson de Higgs effectuées en 2016 la situent à 125,35 GeV (près de 250 milliards de fois plus lourd qu’un électron) avec une précision de 0,1 GeV, soit une incertitude de seulement 0,1 %.
Pour cette masse, qui correspond bien aux prédictions du modèle standard, environ 0,15 % des bosons de Higgs se désintègrent en boson Z et en photon. Mais les théories qui vont au-delà du modèle standard donnent un taux de désintégration différent.
Événements candidats d’ATLAS (à gauche) et de CMS (à droite) pour un boson de Higgs se désintégrant en boson Z et en photon, le boson Z se désintégrant en une paire de muons. (CERN)
De précédentes expériences de collision proton-proton au LHC ont montré indépendamment que ces désintégrations du boson Z se produisent dans environ 6,6 % des cas.
Selon Pamela Ferrari, coordinatrice de la physique pour l’ATLAS :
Chaque particule a une relation particulière avec le boson de Higgs, ce qui fait de la recherche de désintégrations rares du boson de Higgs une priorité absolue. Grâce à une combinaison méticuleuse des résultats individuels d’ATLAS et de CMS, nous avons fait un pas en avant vers la résolution d’une autre énigme du boson de Higgs.
Et selon Florencia Canelli, coordinatrice de la physique au CMS :
L’existence de nouvelles particules pourrait avoir des effets très importants sur les modes de désintégration rares du boson de Higgs. Cette étude est un puissant test du modèle standard. Avec le troisième cycle du LHC en cours et le futur LHC à haute luminosité, nous serons en mesure d’améliorer la précision de ce test et d’étudier des désintégrations de Higgs toujours plus rares.
Annoncée sur le site du CERN : LHC experiments see first evidence of a rare Higgs boson decay.