Boson de Higgs: 125 GeV sinon rien

Figure, appelée aussi diagramme d'exclusion, présentant les zones de masse où le boson de Higgs peut exister (zone blanche) ou est exclu (zones colorées). La zone encore permise au Tevatron correspond à la région où la ligne pleine noire est au dessus de la ligne horizontale 1.

Lors des conférences de mars 2012, les physiciens du Tevatron et du LHC ont dévoilé les derniers résultats sur leur recherche du bosons de Higgs.
Le domaine encore permis pour la masse du boson de Higgs est maintenant réduit à un intervalle de 10 GeV aux alentours de 120 GeV.
Après les premières analyses de l'ensemble des données enregistrées par le Tevatron, les collaborations CDF et D0 ont trouvé un excès d'événements entre 115 et 135 GeV. Même si cet excès peut être encore interprété comme une fluctuation statistique, il est compatible avec un excès similaire observé autour de 125 GeV par les expériences ATLAS et CMS avec les données du LHC accumulées jusqu'en 2011.

 

 

 

Higgs Wanted

Le boson de Higgs est la pierre angulaire manquante du modèle standard de la physique des particules. Recherché depuis plus de 20 ans, cette particule, si elle existe, permettrait de donner une masse à toutes les autres particules.
Sans quelque chose comme le boson de Higgs qui donne une masse aux particules élémentaires, le monde serait extrêmement différent de ce qu'il est. Par exemple il ne pourrait pas exister d'atome pour former des planètes ou des êtres vivants. 

Découvrir ce boson permettrait, outre l'achèvement de la description du modèle standard, d'obtenir des informations précieuses sur l'existence d'éventuelles particules ou forces au delà du modèle standard.

 

 

Exemple de l'évolution du diagramme d'exclusion du boson de Higgs suivant le nombre de données analysées avec presque 2fb-1 fin 2011 et presque 5fb-1 en mars 2012. La zone blanche où le boson peut exister se réduit de plus en plus et une fluctuation de la ligne noire au dessus de la région jaune apparait autour d'une masse de 125 GeV ....

La recherche du boson de Higgs est basée sur l'observation d'un excès statistiquement significatif de particules dans lesquels le boson de Higgs se désintègre. Par convention et par prudence, les physiciens n'annoncent une découverte que si la probabilité que l'observation dans les données soit due à une fluctuation statistiquement est plus faible que 1 sur 3,5 million (on parle aussi de 5 déviations standards ou 5 sigma).

 

le Tevatron et le LHC recherchent le boson de Higgs dans des modes de désintégrations complémentaires


Les deux accélérateurs font entrer en collision des particules différentes (proton contre antiproton pour le Tevatron, proton contre proton pour le LHC)  et à des énergies différentes (2 TeV pour le Tevatron, 7 TeV pour le LHC en 2011). Ils produisent aussi des types de bruit de fond différents. Le Tevatron recherche le boson de Higgs principalement quand il se désintègre en paire de quarks b anti-b, alors que le LHC s'intéresse surtout aux désintégrations du boson de Higgs en paire de photons ou paires de bosons Z0.

 

Les analyses de CDF et D0 présentées cet hiver utilisent les 10 fb-1 de données accumulées par le Tevatron lors des 10 dernières années. Le Tevatron s'est arrêté définitivement en septembre 2011. Les nouvelles analyses excluent la possibilité que le boson de Higgs ait une masse entre 147 et 179 GeV. Elles observent un excès d'événements entre 115 et 135 GeV.


Les expériences ATLAS et CMS quant à elles ont encore amélioré certains aspects de leur études des données enregistrées en 2011. Elles ont montré que, si le boson de Higgs existe, sa masse ne peut être comprise qu'entre 117,5 et 127,5 GeV. Comme à la fin de l'année dernière, les deux collaborations observent un excès d'événements autour de 125 GeV.

Cerner le Higgs avec des mesures indirectes de précision

Outre les recherches directes, les scientifiques utilisent également les mesures de précisions d'autres particules ou forces qui peuvent être influencées par l'existence du boson de Higgs pour trouver des signes de son existence. L'une de ces mesures de précision est la détermination de la masse du boson W, une des particules médiatrice de l'interaction faible, interaction responsable de la production d'énergie dans le soleil. Lors des conférences de mars 2012, CDF et D0 ont présenté la mesure la plus précise jamais atteinte de la masse du boson W: 80387 +- 17 MeV ce qui correspond à une précision de 0,02%. Cette mesure très rigoureuse a nécessité 5 ans de travail indépendamment dans les deux collaborations du Tevatron. Avec la détermination précise de la masse du quark top, cette mesure permet d'assurer que la masse du boson de Higgs doit être inférieure à 152 GeV, en accord avec les recherches directes.


L'année 2012 sera déterminante

Les expériences du Tevatron vont continuer à améliorer leur recherche pour extraire toutes les informations possibles du lot de données final. Le LHC vient de redémarrer avec des faisceaux plus énergétique qu'en 2011 (8 TeV dans le centre de masse des collisions). Il doit permettre d'accumuler cette année une quantité de données 3 à 4 fois plus importante que le lot existant.


Dans ces conditions, les physiciens du service de physique des particules de l'Irfu, participant à la fois à D0, ATLAS et CMS, sauront vraisemblablement cette année si le boson de Higgs existe ou pas.

 

contact Irfu:


 

 

maj : 25-04-2012 (3179)

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