Découverte d'une nouvelle particule aux propriétés compatibles avec le boson de Higgs

Hier matin les expériences ATLAS et CMS ont présenté leurs derniers résultats dans la chasse au boson de Higgs lors d'une conférence de presse mondiale au CERN en Suisse. Les deux expériences observent une nouvelle particule d'une masse 125-126 fois plus élevées que celle du proton aux propriétés compatibles avec le boson de Higgs. Plusieurs chercheurs de l'Université de Montréal ont participé à cette découverte historique avec l'expérience ATLAS.

 

« Nous observons dans nos données des indices clairs d'une nouvelle particule, au niveau de 5 sigmas, dans la gamme de masses autour de 126 GeV. La performance remarquable du LHC et d'ATLAS et les efforts considérables qui ont été déployés nous ont conduits à ce résultat exaltant, a déclaré la porte-parole de l'expérience ATLAS, a déclaré Fabiola Gianotti, mais il nous faut un peu plus de temps pour qu'il puisse être publié. » Cinq sigmas correspond à une certitude d'une chance sur 3.5 millions que l'observation soit due à une fluctuation statistique.

Dans le Modèle Standard, l'interaction unifiée électrofaible est brisée en une force électromagnétique et une force faible par le mécanisme de Higgs. En bref, un champ scalaire, le champ de Higgs, le seul ayant un spin zéro, possède quatre composantes. Après une brisure spontanée de la symétrie de l'interaction électrofaible, les interactions électromagnétiques et faibles se séparent et les bosons de jauge W+, W- et Z acquièrent une masse en "mangeant" trois des composantes. Il reste le boson de Higgs, qui est parfois appelé "particule divine" puisque l'interaction des quarks et leptons avec ce champ octroie une masse à la matière ordinaire.

Le modèle ne prédit pas la masse de ce boson scalaire, mais pour une masse donnée, toutes les autres propriétés lui sont bien prédites. La découverte du chaînon manquant que constitue le boson de Higgs serait une formidable consécration du Modèle Standard qui réussit parfaitement bien à décrire les mesures de précisions faites auprès des grands accélérateurs de particules. La collaboration ATLAS a observé un excès d'événements avec 2 photons à l'état final ayant une masse invariante de 126 GeV ainsi que dans les événements ayant 4 leptons (électrons ou muons) à l'état final, pour cette même masse. La taille de cet excès correspond à ce qu'on aurait attendu, à l'intérieur d'erreurs statistiques, de la désintégration du boson de Higgs du modèle standard, avec les données analysées à ce jour. Ce qui est encore plus intéressant, c'est que la collaboration CMS, concurrente d'ATLAS, a observé les mêmes excès d'événements autour à cette même masse, et dans ces mêmes canaux.

Cette découverte est une étape historique pour la physique des particules. Identifier formellement les caractéristiques de la nouvelle particule prendra beaucoup de temps et exigera un grand nombre de données. Mais, quelles que soient les propriétés du boson de Higgs, nous sommes sur le point de faire un grand pas en avant dans notre compréhension de la structure fondamentale de la matière.

Le groupe de Montréal a contribué à la construction du détecteur ATLAS, à la recherche du boson de Higgs par les désintégrations en quatre leptons ainsi qu'à l'étude de plusieurs autres facettes de la physique des particules rendues possibles par le détecteur ATLAS. Il se compose des chercheurs suivants :

     

  • Professeurs : J.-F. Arguin, G. Azuelos, C. Leroy, J.-P. Martin
  • Stagiaires postdoctoraux : M. Giunta
  • Étudiants de doctorat : J. Bouchami, M. Davies, D. Shoaleh-Saadi
  • Étudiants de maîtrise : N. Asbah, H. Bazid, F. Dallaire, P. Soueid
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Une collision au coeur du détecteur ATLAS produisant un candidat Higgs se désintégrant en quatre leptons (en ligne droite rouge). Ce type d'événement a été étudié par l'Université de Montréal.

Source : CERN.

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