L’une des principales énigmes de la physique actuelle, l’existence du boson de Higgs, pourrait être très bientôt résolue. C’est ce qu’ont affirmé mardi à Genève les porte-parole des équipes de recherche attachées aux détecteurs ATLAS et CMS du plus puissant accélérateur de particules du monde, le Grand Collisionneur de hadrons (LHC) installé au CERN en 2008. Une déclaration basée sur une accumulation d’indices sans précédent, révélés lors d’un séminaire spécialement organisé pour l’occasion.

Le «fonctionnement de la matière» est actuellement expliqué par la théorie dite du «Modèle standard de la physique des particules», qui tente d’articuler trois réalités: les particules élémentaires de la matière (les composants des atomes comme les leptons et les quarks), les forces fondamentales de l’Univers (force de gravitation, force électromagnétique, force nucléaire faible, force forte) et les particules de champ qui servent de vecteurs – de «médiateurs», selon le terme consacré – à ces forces (les bosons).

Il existe toutes sortes de particules de champ. Si certaines sont dites «réelles», d’autres sont qualifiées de «virtuelles». Parmi elles figurent notamment les photons (de masse nulle, médiateurs de la lumière), les gluons (de masse nulle, médiateurs de la force forte), les bosons W ou Z (de masse élevée, médiateurs de la force faible) et, s’il existe, le boson de Higgs.

Ces particules élémentaires posent une grande question aux physiciens. A quoi doivent-elles leur différence de masse? Comment expliquer que certaines, comme les photons, ont une masse nulle, tandis que d’autres, comme les bosons Z, ont une masse élevée? Le «Modèle standard» postule qu’elles doivent cette caractéristique à une interaction. De même que des objets différents adoptent des comportements différents dans un champ magnétique, des particules différentes acquièrent des masses différentes dans un champ dit «de Higgs».

Le vide serait ainsi rempli d’un champ de force, qui interagirait plus ou moins fortement avec les particules, en leur conférant plus ou moins d’inertie, soit, ce qui revient au même, en leur donnant plus ou moins de masse. Et à ce champ seraient précisément liées des particules: les fameux bosons de Higgs. Les dénicher représenterait donc un pas de géant en physique, puisqu’il permettrait de prouver l’existence du «champ de Higgs» et, au-delà, de valider le Modèle standard dans son ensemble.

Apercevoir une telle particule représente une gageure cependant. Les bosons de Higgs, pour autant qu’ils existent, appartiennent à la catégorie des particules virtuelles. Si certains d’entre eux naissent un jour au CERN d’une collision de protons lancés à très haute vitesse, leur existence ne durera pas plus d’un millionième de milliardième de milliardième de seconde. Ils n’ont aucune chance, par conséquent, d’être eux-mêmes repérés par les détecteurs placés sur la boucle du LHC.

L’exercice n’est pas impossible pour autant. La désintégration des bosons de Higgs produit des épis d’autres particules plus constantes et donc plus repérables. Or, ces épis possèdent normalement une composition et une masse particulières susceptibles de les distinguer. Encore faut-il connaître précisément ces caractéristiques. Et encore faut-il les identifier dans les énormes «feux d’artifice» de particules causés par chaque collision de protons. Ce qui revient à chercher une aiguille «dans un million de bottes de foin».

A ce stade, des ordinateurs très puissants entrent en scène pour faire le tri entre les épis et mesurer la proportion d’événements non conventionnels, appelés «excédents». Plus les excédents se multiplient, plus la probabilité d’avoir ­affaire au boson de Higgs – et non à des particules ordinaires – augmente. Or, les détecteurs ATLAS et CMS du LHC ont observé ces derniers temps de légers excédents dans une fourchette de masse relativement étroite, soit entre 115 et 130 giga­électron-volts (GeV). Trouvailles que leurs chercheurs ont qualifiées mardi d’«indices prometteurs» de l’existence du boson de Higgs.

Cette observation ne prouve encore rien. «Pris isolément, aucun de ces excédents n’est plus significatif du point de vue statistique que deux jets de dé produisant deux six consécutif», a indiqué le CERN dans un communiqué. Mais le champ de recherche s’est apparemment précisé. Ce qui enthousiasme les physiciens.

«Compte tenu de l’excellente performance du LHC cette année, nous n’aurons certainement pas besoin d’attendre longtemps pour obtenir suffisamment de données et nous pouvons espérer résoudre l’énigme en 2012», a ­déclaré Fabiola Gianotti, la porte-parole d’ATLAS.