Les paires de Higgs pourraient donner naissance à une nouvelle physique au-delà du modèle standard
Pendant des décennies, les physiciens ont cherché le boson de Higgs: l’étrange particule qui faisait office de pièce manquante dans le puzzle du modèle standard (SM). Finalement, la persévérance et la curiosité des chercheurs ont été récompensées en 2012 lorsque la dernière particule fondamentale dont l’existence restait à confirmer expérimentalement a été détectée par le Grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN. Même si le SM décrit admirablement la composition et la cohésion de la matière, il s’agit toutefois d’une théorie imparfaite. Les propriétés du boson de Higgs pourraient aider à en savoir plus sur les questions fondamentales auxquelles le SM n’est pas en mesure de répondre. «Le boson de Higgs peut servir de tremplin en nous permettant d’explorer la matière noire, l’asymétrie matière-antimatière (asymétrie CP) ainsi qu’une grande théorie unifiée de la physique des particules», fait remarquer Stefano Moretti, coordonnateur du projet NonMinimalHiggs. Financés dans le cadre du programme Marie Skłodowska-Curie, les chercheurs travaillant sur NonMinimalHiggs se sont penchés sur la façon dont le boson de Higgs peut nous permettre de mieux comprendre la composition fondamentale de l’Univers. Voici certaines des principales questions abordées: «Quels nouveaux modèles physiques offrent la meilleure description de la composition fondamentale de l’Univers quand on prend en compte toutes les propriétés du boson de Higgs ayant été observées?» Les travaux menés contribueront à la recherche d’une nouvelle physique pour les collisionneurs de hadrons actuels et futurs.
Faire la lumière sur les origines de la rupture de symétrie électrofaible
Dans le SM, les particules élémentaires acquièrent leur masse en interagissant avec le champ de Higgs. Ce processus est régi par un mécanisme délicat appelé rupture de symétrie électrofaible (EWSB), qui reste parmi les phénomènes les plus mal connus du SM. Le SM considère que tous les porteurs de la force électrofaible (EW) possèdent une masse nulle – c’est ce qui permet aux forces électromagnétiques (EM) et nucléaires faibles de se confondre en une seule force EW. Néanmoins, contrairement aux photons sans masse qui font office de médiateurs dans les interactions EM, les bosons qui portent la force faible possèdent des masses non nulles – le champ de Higgs brise la symétrie EW des masses du boson. «Les chercheurs de NonMinimalHiggs ont aidé à préparer le terrain pour que la communauté de la physique des particules puisse trouver la structure “BSM” sous-jacente qui est responsable des mécanismes de l’EWSB», indique Stefano Moretti. Des partenariats de recherche interdisciplinaires faisant collaborer de nombreuses institutions ont tenté de découvrir de nouveaux états du boson de Higgs à l’aide de nouveaux outils numériques. En guise d’exemple de cette approche innovante, les chercheurs de NonMinimalHiggs ont mis en évidence la nécessité de tenir compte des effets d’interférence quantique dans l’étude des états chargés des bosons de Higgs. Cette interférence, qui n’a pas été prise en compte dans les analyses expérimentales menées au LHC, peut modifier complètement l’interprétation des données. Leurs conclusions ont été présentées dans un article.
Un seul état de Higgs ne suffit pas
NonMinimalHiggs a débouché sur plus de 110 publications, dont le dénominateur commun a été l’élaboration de divers scénarios probables qui intègrent le mécanisme de Higgs (sous une forme non minimale) dans les nouveaux scénarios BSM. L’étude de la manière dont ces cadres théoriques se manifestent dans les laboratoires terrestres et les installations spatiales aidera à mettre à jour la physique BSM cachée qui nous entoure. À quoi correspond cette forme non minimale? «Le SM est construit avec un seul boson de Higgs, ce qui est cohérent avec la particule scalaire découverte au LHC. Cette version minimale peut suffisamment rendre compte du mécanisme de génération de masse des particules, mais dans l’ensemble, elle ne constitue pas un antidote à long terme contre les maux du SM. Nos modèles impliquant plusieurs bosons de Higgs ou d’autres particules scalaires aideront à répondre à certains des problèmes les plus troublants de la science des particules élémentaires, ouvrant ainsi davantage de perspectives pour la nouvelle physique BSM», conclut Rui Santos, un autre chercheur du projet NonMinimalHiggs.
Mots‑clés
NonMinimalHiggs, modèle standard, boson de Higgs, nouvelle physique, Grand collisionneur de hadrons (LHC), Beyond Standard Model (BSM), rupture de symétrie électrofaible (EWSB), Higgs non-minimal
