Le boson de Higgs était une découverte exceptionnelle, mais c’était aussi la dernière pierre d’un édifice que l’on connaissait bien. En comparaison, la prochaine particule dont on annoncera peut-être la découverte sous peu pourrait être la première pierre d’un édifice cosmique dont on ne connaît encore rien.
« Ouvrir une porte sur un monde nouveau et inexploré. » « Une énorme fissure dans l’univers de la physique des hautes énergies. » Ce sont quelques-unes des métaphores qui circulent depuis décembre, et avec plus de souffle depuis peu, alors que le moment d’une annonce officielle a été décalé à « d’ici quelques semaines ». Les spéculations bourdonnent autour de ce qui a été découvert — ou pas — dans l’accélérateur de particules du CERN, le Large Hadron Collider (LHC). Une particule qui n’aurait aucune charge électrique? Dont le spin serait « contraint »? Qui serait six fois plus massive que le boson de Higgs?
Déjà le 15 décembre, un avant-goût avait été offert aux physiciens, lorsque les deux équipes du CERN — celles des détecteurs ATLAS et CMS — avaient conjointement révélé une anomalie: une résonance diphoton, de son terme savant. En clair, une « bosse » dans leur graphique, témoignant d’un excès d’énergie inexpliqué parmi les particules résultant de la collision entre deux protons. Cette observation provenait des toutes premières collisions réalisées par le LHC en 2015 à un niveau d’énergie jamais atteint jusque-là —13 TeV, contre les 8 TeV qui avaient permis la découverte du boson.
Avec le boson, on complétait le Modèle Standard, cette théorie qui décrit, littéralement, l’Univers: comment celui-ci est-il devenu ce qu’il est après le Big Bang et comment ses différentes briques tiennent les unes avec les autres pour former les atomes, puis les galaxies. La place du boson de Higgs était prévue dans les équations depuis 40 ans — il ne manquait que la confirmation de son existence.
Tandis qu’avec cette hypothétique nouvelle particule, on entre dans un territoire, qui n’est pas du tout couvert par le Modèle standard. Et si — ça reste un gros si — il y a bel et bien une nouvelle particule, il doit y en avoir d’autres, ainsi que toutes les interactions qui viennent avec. « Si cette bosse est réelle, écrit la physicienne italienne Michele Redi, nous sommes sur le point d’écrire un nouveau chapitre dans l’histoire de la physique fondamentale. » « Nous ne parlons pas de confirmer une théorie établie, mais d’ouvrir une porte sur un monde inconnu et inexploré », déclarait avec assurance en mars dernier son collègue Gian Giudice, lui aussi attaché au CERN.
Quelques semaines après l’annonce du 15 décembre, près de 200 articles spéculatifs avaient déjà été déposés sur le serveur de prépublication ArXiv. On relie tantôt la nouvelle particule à l’énergie sombre, à la matière sombre ou aux deux; les plus optimistes évoquent ailleurs une « cinquième force », une référence aux quatre forces fondamentales qui régissent l’univers: la gravité, l’électromagnétisme, ainsi que les forces nucléaires forte et faible.
En avril, quatre de ces articles ont eu droit à une vraie publication, dans la revue Physical Review Letters. « D’autres pourront suivre, a écrit le rédacteur en chef Robert Garisto, mais nous pensons que cette série donne aux lecteurs une idée du type de nouvelle physique qui sera requis pour expliquer les données, si elles se confirment. »
La « bosse », ou le « signal » de décembre était trop faible pour être satisfaisante. Une réanalyse des données publiée en mars a donné plus d’espoirs aux physiciens, écrivait alors la physicienne québécoise Pauline Gagnon. Les opérations du LHC ont été interrompues cet hiver, elles ont repris en avril. Si le signal devient statistiquement significatif, on risque d’en entendre reparler très bientôt.
