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Le modèle Standard

La physique des particules a pour thème l’étude des constituants ultimes de la matière et de leurs interactions fondamentales. Les recherches menées dans ce secteur ont permis de construire une description très élégante du monde physique, le Modèle Standard, qui regroupe les constituants fondamentaux en 3 familles (ou générations) de quarks et de leptons et décrit leurs interactions, ainsi que résumé par le tableau ci-dessous. Chaque particule élémentaire possède une antiparticule, par exemple le positron pour l’électron.

Les interactions électromagnétique, faible et forte se transmettent par échange de particules médiatrices, appelées bosons. Elles sont associées à des symétries fondamentales reliées à des lois de conservation. L’interaction électromagnétique, de portée infinie, est transmise par le photon, sans masse, et la charge électrique est conservée. L’interaction forte entre quarks, de très courte portée, est portée par les gluons, colorés et de masse nulle ; la charge correspondante, appelée couleur, est conservée.

A haute énergie, les interactions électromagnétique et faible sont décrites par une force unifiée, l’interaction électrofaible. Ses bosons médiateurs massifs, le Z et les W, expliquent la faible portée de l’interaction faible. La charge faible, à laquelle nous ne sommes pas sensibles, n’est pas conservée, contrairement à la charge électrique.

Comme les masses des particules sont minuscules, ceci rend négligeable l’effet de la gravitation par rapport aux trois autres interactions.

Les leptons sont des particules observables dont la plus connue est certainement l’électron. Ils peuvent être chargés (e, μ, τ) et sont alors sensible à la fois aux interactions électromagnétiques et faibles, ou neutres comme les neutrinos (νe, νμ, ντ) qui ne sont eux sensible que seulement à l’interaction faible. Les Quarks sont des particules sensibles aux trois interactions forte, faible et électromagnétique. Il n’existe pas de quarks à l’état libre dans la nature: mous ne pouvons les observer que sous forme d’états composites appelés hadrons, dont le proton et le neutron sont les deux exemples les plus connus.

Il n’est pas possible mathématiquement d’inclure directement les masses des particules dans la théorie : on briserait alors la symétrie électrofaible, ce qui rendrait le Modèle Standard incohérent. Pour éviter ce problème, le mécanisme de Higgs réalise une brisure « spontanée » de cette symétrie en postulant que le vide est rempli d’un champ supplémentaire qui transporte seulement la charge faible. Les particules qui ont une charge faible (les bosons W et Z, les quarks et les leptons, le boson de Higgs H associé au champ de Higgs) sont ralenties par leur interaction avec le champ de Higgs et acquièrent ainsi une masse, d’autant plus grande qu’elles sont plus freinées. La masse du boson de Higgs, mH, n’est pas prédite par le mécanisme de Higgs.

La découverte du boson de Higgs tant attendu a été annoncée par les collaborations ATLAS et CMS en juillet 2012. Le boson de Higgs a une masse d'environ 125 GeV.

Alors que les scientifiques continuent d'étudier le boson de Higgs afin de vérifier si ses propriétés sont vraiment telles que prédites par le mécanisme de Higgs, le « parcours Z » vous donne l’opportunité de chercher et de trouver le boson de Higgs, exactement comme les scientifiques du LHC l’ont fait il y a de cela quelques années!