Département de Physique Nucléaire

Les nouvelles limites sur la masse du boson de Higgs sont plus restrictives que jamais ! Les recherches précédentes indiquaient qu’il pouvait avoir une masse comprise entre 114 et 185 GeV/c2, à l'exception de l’intervalle 162 - 166 GeV/c2 que les expériences du Tevatron au Fermilab avaient déjà exclu en 2009 (en comparaison, une masse de 100 GeV/c2 est équivalente à 107 fois la masse du proton). En excluant un boson de Higgs ayant une masse entre 158 et 175 GeV/c2, les nouveaux résultats du Tevatron éliminent donc environ un quart du domaine de masse précédemment autorisé. « Jamais nous n’aurions imaginé obtenir un tel résultat aussi rapidement » disait Dmitiri Denisov, porte-parole de la collaboration D0 après la présentation des nouvelles limites lors de la conférence ICHEP.

Le boson de Higgs est la seule particule du modèle standard qui n'a pas encore été observée ; son rôle est crucial puisqu'il expliquerait l’origine de la masse des particules élémentaires. Ces nouvelles mesures révèlent qu’un boson de Higgs de grande masse devient de moins en moins plausible en tenant compte non seulement des recherches directes mais aussi des contraintes indirectes qui proviennent des dernières mesures de la masse du quark top et de la masse du boson W par les expériences du Tevatron. Un tel résultat, qui semblait encore impossible lors des prospectives faites il y a à peine trois ans, a pu être obtenu grâce à l'excellente luminosité de la machine et à des algorithmes subtils développés par des centaines de physiciens au cours de ces dernières années. Les analyses ont aussi progressé du fait d’une meilleure compréhension des bruits de fond et de l’étude des canaux de production et de désintégration supplémentaires du boson de Higgs.

Pour cela, les chercheurs ont étudié plus de 500 000 milliards de collisions proton-antiproton, produites au Tevatron depuis 2001. Après avoir parachevé leurs analyses sur le boson de Higgs indépendamment, les deux expériences CDF et D0 ont combiné leurs limites pour obtenir les meilleurs résultats possibles. Avec les données à venir au Tevatron, les chercheurs seront en mesure soit d'exclure un boson de Higgs dans tout le domaine de masse autorisé, prouvant ainsi que ce boson du modèle standard n'existe pas, soit d’en déceler les premiers signes. « Nous allons continuer à améliorer l’efficacité de nos algorithmes et à exploiter tout le potentiel des données que nous avons enregistrées » affirme Boris Tuchming, physicien dans l’expérience D0 à l’Irfu /SPP, « et bien sûr, nous espérons que l’accélérateur et les détecteurs continueront à fonctionner aussi bien dans le futur ». Le Tevatron, qui a déjà fourni plus de collisions proton-antiproton que ce qui était prévu au début de sa mise en service, doit continuer à en produire au moins jusqu’à fin 2011. Une prolongation au-delà de cette date est actuellement en discussion.

L'observation du boson de Higgs est également l’un des objectifs majeurs des expériences auprès du LHC, dont les collisions proton-proton ont été produites à une énergie 3,5 fois supérieure à celle atteinte au Tevatron. Une combinaison des résultats du Tevatron et du LHC dans les 2 ans à venir pourrait permettre une avancée importante dans le domaine. Pour s’attaquer à cette tâche difficile, des chercheurs de toutes les expériences en cours et de la communauté des théoriciens se sont rencontrés lors de l’atelier de travail « La chasse au Higgs », au laboratoire de l’Accélérateur linéaire d’Orsay du 29 au 31 juillet 2010. « Ce ne sera pas une tâche facile de mettre tout le monde d’accord sur un tel sujet, avec une découverte majeure à la clé » pense Louis Fayard, un des organisateurs du colloque, « néanmoins, il est temps de commencer à y penser ! » L'Irfu/CEA et l’IN2P3/CNRS sont fortement impliqués dans l’expérience D0 du Tevatron, ainsi que dans les expériences Atlas et CMS du LHC.

Pour en savoir plus :

• Communiqué de Fermilab  
• Communiqué de l'IN2P3

Contacts chercheurs :

• Marc Besançon : Irfu/SPP Tél : 01 69 08 20 56
• Gregorio Bernardi : CNRS/IN2P3 Tél : 01 44 27 47 94