Département de Physique des Particules

La découverte du boson de Higgs en 2012 par les expériences Atlas et CMS au Cern a ouvert une phase de mesures de précision des propriétés du boson de Higgs, clef de voûte du modèle standard (MS) de la physique des particules. En particulier, l’étude de la production de paires de bosons de Higgs (HH) permet de mesurer un paramètre nommé auto-couplage du boson de Higgs, le dernier paramètre du MS encore non mesuré. Cette mesure constitue un test unique du mécanisme expliquant comment les particules acquièrent une masse dans le cadre du MS. Les recherches de la production HH utilisant les données enregistrées entre 2016 et 2018 établissent des contraintes fortes sur la production HH. Grâce entre autres à l’utilisation de méthodes d’analyse avancées, l’étude de ce processus très rare pousse le MS dans ses derniers retranchements. Les résultats ont été publiés dans plusieurs articles (dont un dans la revue Nature parue en juin 2022).

Le boson de Higgs, découvert au Cern en 2012 par les expériences Atlas et CMS, constitue la pierre angulaire du modèle standard (MS) de la physique des particules. Dans le cadre du MS, les masses des différentes particules sont reliées à leur interaction avec le champs de Brout-Englert-Higgs (BEH) via un mécanisme théorique connu sous le nom “brisure de symétrie” et proposé il y a plus de 50 ans par les théoriciens Brout, Englert et Higgs. Le boson de Higgs (H) lui-même résulte de ce mécanisme et sa découverte en 2012 fut donc une forte indication de la validité de cette construction théorique. Par la suite, les différentes mesures des interactions du boson de Higgs avec les autres particules du MS commes les bosons faibles Z, W et les fermions lourds (quarks b, t, leptons tau) ont confirmé les prédictions du MS proposé par Glashow, Salam et Weinberg en 1967.

Il y a dix ans, le 4 juillet 2012, les collaborations Atlas et CMS, auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHC), annonçaient la découverte d'une nouvelle particule présentant des caractéristiques compatibles avec celles du boson de Higgs, prédit par le modèle standard de la physique des particules. Cette découverte marquait un tournant dans l'histoire de la science et elle a retenu l'attention du monde entier. L’Irfu est impliqué dans ces deux expériences depuis les premières discussions sur la construction du LHC au milieu des années 80, avant même que les collaborations s’appellent Atlas et CMS ! 

Ré-écoutez ici l'émission sur RFI "Jusqu'où nous entraînera le Boson de Higgs?" avec Rosy Nikolaidou, physicienne à l'Irfu du CEA, membre de la collaboration Atlas et Yves Sirois, physicien du CNRS au Laboratoire Leprince-Ringuet (CNRS/Institut polytechnique de Paris), membre de la collaboration CMS.

La collaboration H.E.S.S. a mené depuis plusieurs années une vaste campagne d’observations pour couvrir plusieurs centaines de parsecs autour du centre Galactique. Cette campagne d’observations coordonnée par un membre de l’Irfu/DPhP a pour but d’atteindre la meilleure sensibilité possible pour la recherche de signaux de matière noire et d’éjecta de matière provenant de Sagittarius A*. Les résultats sur la recherche de matière noire menée par une équipe de l’Irfu/DPhP ont été soumis à la revue Physical Review Letters. La région centrale de notre galaxie, la Voie Lactée, abrite de nombreuses sources astrophysiques émettant des rayons gamma aux très hautes énergies (>100 GeV). Parmi elles, se trouvent le trou noir supermassif Sagittarius A* susceptible d’être à l’origine de l’accélération de rayons cosmiques à des énergies du pétaelectronvolts (1 PeV = 10⁶ GeV), ou encore la base des bulles de Fermi, deux structures géantes en forme de lobes s’étendant sur plus de 10 kiloparsecs (1 parsec = 3,26 années-lumière = 3.085x10¹⁶ m) de part et d’autre du disque Galactique dont l’origine est encore inconnue. La région centrale de notre galaxie est également prédite comme la source la plus brillante d’annihilation de particules de matière noire et est un lieu privilégié pour tenter d'en comprendre la nature.

Les scientifiques de l'Irfu et la collaboration H.E.S.S. observent pour la première fois l'accélération de particules en temps-réel dans notre Galaxie. Les novæ sont de puissantes éruptions à la surface d'une naine blanche dans un système stellaire binaire, dans lequel une grosse et une petite étoile orbitent l'une autour de l'autre. Une nova crée une onde de choc qui déchire le milieu environnant, entraînant des particules et les accélérant à des énergies extrêmes. L'observatoire de rayons gamma de haute énergie H.E.S.S. en Namibie a pu observer ce processus d'accélération pour la première fois. De manière surprenante, la nova détectée semble provoquer une accélération de particules à des énergies atteignant la limite théorique. Ces résultats ont fait l'objet d'une publication dans Science.