Imprimer l'articleLe LHC ou l’artillerie lourde
À l’aide de CMS, nous disposons d’informations sur les particules créées pour un grand nombre de collisions. Mais comment savoir si une nouvelle particule se cache quelque part ? Pour expliquer cela, nous allons utiliser une simple analogie.
Imaginons qu’une société de gestion des eaux dispose dans ses dossiers du nombre d’habitants par maison dans une rue. En estimant la consommation moyenne par personne, cette dernière est donc capable de donner une approximation de ce que devrait consommer chaque habitation. Ayant fait ce calcul, elle compare les résultats théoriques aux données qu’elle a récupérées sur chaque compteur. Si jamais dans une maison, la consommation est largement supérieure à celle prédite, la société peut avancer l’hypothèse qu’une personne supplémentaire occupe le logement, une personne non reprise dans ses dossiers. C’est donc en observant un excès de la consommation d’eau dans une habitation que la société a pu déterminer qu’une personne supplémentaire occupait la maison.
Il en va de même pour la découverte d’une nouvelle particule. Le Modèle Standard nous dit quelles devraient être les quantités d’évènements avec telle ou telle signature pour l’ensemble des processus physiques. Il nous dit à quoi nous attendre lorsque nous analysons l’ensemble des évènements recueillis par le détecteur. Un peu comme la société de gestion des eaux fait des estimations de ce que consommera chaque maison. Si une signature apparaît plus de fois que prévu, nous pouvons commencer à spéculer quant à l’existence d’une nouvelle particule. Si l’excès est très important, son existence ne fera plus de doute. Dans notre cas, nous calculons le bruit de fond (estimation attendue) sans la présence du boson de Brout-Englert-Higgs et comparons les résultats à celui-ci afin de voir, ou non, la présence d’un excès.
Excès d’évènements recueillis par CMS. La ligne jaune est le signal prédit tandis que les points noirs et la ligne rouge représentent le signal obtenu. Nous voyons clairement qu’un excès est présent. cds.cern.ch
Donc si la théorie prédit par exemple que l’on devrait observer cinq évènements de type A mais que l’on en observe six, on peut dire que l’on a découvert une nouvelle particule ?
Pas encore, il en faut plus que six pour crier à la découverte ! Tout comme la consommation moyenne d’eau d’un foyer varie mensuellement, le nombre d’événements peut également fluctuer. Le Modèle Standard nous dit combien nous devrions en avoir en moyenne.
Prenons un autre exemple. Considérons trois lancers de dès successifs. La première fois, vous obtenez le chiffre 3. La seconde de même. Vous pouvez commencer à vous poser des questions quant au fait de savoir si le dé est « pipé » ou non, mais obtenir deux 3 d’affilée n’est en rien exceptionnel. Même si le troisième lancer de dé vous donne un 3, cela reste toujours possible avec un dé non truqué. Si maintenant le dé donne 3 cent fois de suite, là vous pouvez réellement vous poser des questions.
Les scientifiques veulent être tellement certains de bien observer une nouvelle particule, qu’ils attendent d’être à 99,9999% sûrs d’eux avant de crier à la découverte.
Et c’est sûrs d’eux mêmes que le 4 juillet 2012 ils ont présenté les résultats de leurs recherches. Celles-ci indiquaient la présence d’un très large excès d’événements qui confirmaient l’existence d’une nouvelle particule.
Comment savoir s’il s’agit bien du boson de Brout-Englert-Higgs?
En effet, l’excès d’événements nous dit simplement qu’il y a quelque chose de nouveau. Pour être sûr qu’il s’agit du boson de Brout-Englert-Higgs, nous devons étudier ses caractéristiques, ses propriétés. Nous avons dit précédemment que l’électron est une particule chargée négativement. Il porte donc une charge qui est une propriété fondamentale de la matière. De la même manière, d’autres propriétés fondamentales peuvent être mesurées. C’est en mesurant celles-ci et en les comparant à ce que le modèle prédit que nous pouvons dire si oui ou non la particule est celle que l’on cherche.
Et la confirmation fut apportée en mars 2013 lors de la conférence de Moriond2013 en Italie ou les expériences CMS et ATLAS présentèrent leurs dernières trouvailles indiquant qu’il s’agissait bien du boson de Brout-Englert-Higgs.
Ainsi se termina la quête pour le boson de Brout-Englert-Higgs qui durait depuis presque 50 ans.
