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L'unité Évaluation des choix scientifiques et techniques (STOA), qui conseille le Parlement européen sur les questions liées à la recherche, organisait sa 11e conférence annuelle "Unlocking the Mysteries of the Universe at CERN", le 27 novembre 2012 en présence des professeurs François Englert et Peter Higgs, qui mènent les travaux théoriques sur la fameuse particule du boson de Brout-Englert-Higgs. Leurs interventions se concentrent notamment sur l'importance de la recherche fondamentale et des récentes découvertes de juillet 2012 au CERN (Organisation Européenne de la Recherche Nucléaire). Ces recherches pourraient décrocher le prochain Prix Nobel de Physique.

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Traces de collision de particules dans le cadre de l'expérience CMS. © Photo AFP/Cern

>> EN SAVOIR PLUS SUR:

Robert Brout et François Englert: physiciens brillants et Professeurs émérites de l'ULB, ils co-dirigent, dès 1979, le Service de Physique théorique de la Faculté des Sciences. Leurs travaux fondamentaux en physique des particules élémentaires leur ont valu le Prix Wolf de Physique en 2004 et le prix J.J. Sakurai de physique en 2010.

Leurs travaux: Les deux professeurs de l'ULB ont expliqué la différence entre les interactions fondamentales par un mécanisme appelé brisure de symétrie qui conduira au modèle unifié des interactions électromagnétiques et faibles. Fascinante, leur théorie présuppose une particule, le boson scalaire que le collisionneur LHC du CERN vient de découvrir.

François Englert et Peter Higgs - © Photo Cern




À la découverte d'une nouvelle particule!

Le boson scalaire de Robert Brout, François Englert et Peter Higgs

Une grande excitation règne dans le monde scientifique depuis l’été dernier suite à la découverte au CERN de la particule qui donne une masse à toutes les autres particules élémentaires, le fameux boson scalaire, communément appelé boson de Brout-Englert-Higgs.

Ce maillon manquant parmi les constituants les plus fondamentaux de la nature a été prédit en 1964 par deux physiciens de l’Université libre de Bruxelles (ULB), Robert Broutpdf et François Englertpdf, et par Peter Higgs, de l’Université d’Édimbourg.

Les résultats préliminaires obtenus par les expériences Atlas et CMS du Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) du Cern indiquent l'existence d'une nouvelle particule d'une masse d'environ 125 Giga electron-volts (càd 125 milliard d'electron-volts ou encore approximativement 125 fois la masse du proton - ou de l'atome d'hydrogène). Il s'agit d'un boson dont les caractéristiques sont compatibles avec celles du célèbre boson de Brout-Englert-Higgs. Bien que des analyses complémentaires soient nécessaires pour en établir la nature exacte, cette découverte représente une étape cruciale dans la compréhension de l'univers et de la matière.

Alors que l’heure de vérité approche concernant l’existence de cette particule, il est sans doute utile de mettre en perspective le cheminement de sa prédiction.

Entretien avec François Englert

Pourquoi la découverte du boson est-elle importante?

Dans quel contexte est née la théorie du boson scalaire?

Pourquoi postuler l'existence d'une nouvelle particule?

De l'hypothèse à la théorie: une question d'esthétique

Amitié avec Robert Brout

Animation: Le boson expliqué aux enfants (les parents peuvent regarder)

Une vidéo didactique pour comprendre ce qu'est le boson scalaire.

Les articles originaux

L’article d’Englert et Brout, "Broken symmetry and the mass of Gauge vector mesons" publié un mois avant ceux de Higgs durant l'été 1964, établissait le mécanisme dit de "brisure de symétrie" en théorie quantique des champs, la théorie qui décrit toutes les interactions fondamentales de la nature (sauf à ce jour la gravitation). Ce mécanisme implique l’existence d’une particule auxiliaire, un boson scalaire.

Les travaux de Brout-Englert et de Higgs ont ainsi fourni un élément décisif dans la construction du Modèle Standard des particules élémentaires. Plus tard durant l’année 1964, G.S. Guralnik, C.R. Hagen et T.W.B. Kibble ont à leur tour étudié ces questions, et leur article – qui cite ceux d’Englert-Brout et de Higgs – discute certains aspects plus techniques.

Le Modèle Standard constitue la théorie la plus précise et la plus complète jamais construite pour comprendre les interactions fondamentales de la nature. Le mécanisme de brisure de symétrie, qui forme une partie essentielle du Modèle Standard, montre comment des interactions à très courte distance entre particules élémentaires, comme la force nucléaire faible responsable de la désintégration radioactive, et des interactions à longue distance, comme l’interaction électromagnétique de portée infinie, peuvent avoir une origine commune. Sur base de ces idées, les théoriciens Sheldon Glashow, Abdus Salam et Steven Weinberg construisirent une théorie unifiant les interactions électromagnétique et faible, qui leur valut le prix Nobel en 1979. La découverte au CERN en 1983 des bosons massifs W et Z prédits par cette théorie valut l’année suivante le prix Nobel aux expérimentateurs Carlo Rubbia et Simon van der Meer.

Mieux comprendre

Drôle de nom pour un boson... Une mise au point de Steven Weinberg

Dans une contribution publiée en mai 2012 sur le site de la New York Review of books, Steven Weinberg, prix Nobel 1979, revient sur l’histoire: "Dans son livre (…), Frank Close souligne qu’une erreur de ma part est partiellement responsable de l’expression "boson de Higgs". Dans mon article de 1967 sur l’unification des forces faible et électromagnétique, j’ai cité le travail de 1964 de Peter Higgs et de deux autres groupes de théoriciens. (…)

Quant à ma responsabilité dans le nom de "boson de Higgs", elle est due à une erreur dans ma lecture des dates de ces trois premiers papiers: j’ai cru que le plus ancien était celui de Higgs, de sorte qu’en 1967 j’ai cité Higgs en premier lieu, et j’ai continué à le faire depuis. Apparemment, d’autres physiciens m’ont suivi. Mais comme le signale Close, le premier papier des trois que je citais était en fait celui de Robert Brout et François Englert. Pour atténuer mon erreur, il faut remarquer que Higgs et Brout et Englert ont travaillé indépendamment et à peu près en même temps, ce qui fut aussi le cas du troisième groupe (Gerald Guralnik, C.R. Hagen et Tom Kibble). Mais le nom de "boson de Higgs" semble lui, être resté". (Rappelons cependant à propos de la dernière phrase que Guralnik, Hagen et Kibble citent dans leur article les travaux de Englert-Brout et Higgs).

La reconnaissance internationale

Les mérites exceptionnels pour la physique moderne des travaux de Brout, Englert et Higgs ont été reconnus par l’attribution de nombreux prix scientifiques parmi les plus prestigieux – excepté à ce jour le prix Nobel.

Le prix de la Société Européenne de Physique, division Hautes Énergies et Particules, fut attribué à Brout, Englert et Higgs en 1997, "pour avoir formulé pour la première fois une théorie auto-consistante de bosons vecteurs chargés massifs, qui est devenue la base de la théorie électrofaible des particules élémentaires";

Le prix de Physique de la Fondation Wolf leur fut attribué en 2004 "pour leurs travail pionnier qui a élucidé la génération de la masse, lorsqu’une symétrie locale de jauge est réalisée de manière asymétrique dans le monde les particules subatomiques".

Il faut noter également que les mérites uniques de Brout, Englert et Higgs sont reconnus par le Comité Nobel dans l’article sur le contexte scientifique du prix Nobel de Physique 2008pdf, publiée par l’Académie royale des Sciences de Suède.

Enfin, le prix JJ. Sakurai pour la Physique théorique de la Société américaine de Physique fut attribué en 2010 conjointement à Brout, Englert, Guralnik, Hagen, Higgs et Kibble "pour l’élucidation des propriétés de la brisure spontanée de symétrie dans une théorie relativiste de jauge à quatre dimensions et du mécanisme consistent de la génération des masses des bosons vecteurs". .

En conclusion…

Le boson découvert au Cern est compatible avec un bon nombre des caractéristiques attendues de la particule de Brout-Englert-Higgs associée au Modèle Standard: taux de production, modes principaux de désintégration.... Bien sûr, les mesures vont s'affiner, et permettront de préciser si nous avons affaire à la version "minimale" du modèle, ou à une des nombreuses extensions qui en sont proches, mais c'est d'ores et déjà une confirmation éclatante du travail visionnaire des trois chercheurs.
La joie de cette confirmation est toutefois teintée de tristesse, puisque Robert Brout nous a quittés en mai 2011, sans connaître cette ultime vérification d'un travail déjà bien établi.

"Les mystères de l'univers" avec François Englert (et Peter Higgs) et une petite explication de texte sur le nom du boson :-) Cliquez sur l'image pour voir la vidéo. © European Parliament. > En savoir + sur cette conférence de l'unité Évaluation des choix scientifiques et techniques (STOA)...


Traces de collision de particules dans le cadre de l'expérience CMS. © Photo Cern


François Englert.


Robert Brout.


La Revue de Physique dans laquelle a été publiée l'article de Brout et Englert.


Les deux compères.