L.H.C. (Large Hadron Collider)

Le résultat le plus marquant de la première collecte de données est sans conteste la découverte du boson de Higgs, annoncée par les équipes de chercheurs d’ATLAS et CMS le 4 juillet 2012. Il s’agit d’un résultat majeur car il valide le mécanisme théorique imaginé en 1964 qui prédit l’existence de ce boson et explique une propriété fondamentale des particules élémentaires : leur masse. Grâce à la luminosité très élevée du LHC, on y produit un boson de Higgs environ tous les deux dixièmes de seconde. Celui-ci se désintègre instantanément et ce sont les produits de sa désintégration que l’on enregistre dans les détecteurs. Plusieurs modes de désintégration sont possibles mais tous ne sont pas propices à la détection. La désintégration du boson de Higgs en une paire de photons est particulièrement intéressante car il est assez aisé d’identifier les photons dans le détecteur, de mesurer leur énergie et ainsi de calculer la masse du système qu’ils constituent. Si ces photons proviennent de la désintégration d’un boson de Higgs, alors la masse du système sera proche de celle du Higgs. En revanche, s’ils sont issus directement de la collision des protons, alors la masse du système sera quelconque. Pour prouver l’existence du boson de Higgs, il faut donc observer un surplus de paires de photons à une masse bien précise. Ce surplus est faible car la désintégration du boson de Higgs en deux photons est très rare : elle n’intervient environ qu’une fois pour mille milliards de collisions. Si ce travail s’apparente à chercher une aiguille dans une botte de foin, c’est pourtant ce type de méthode qui a permis la découverte du boson de Higgs.

Détection du boson de Higgs

Dessin

Sur cette figure, les points noirs représentent les données obtenues par le détecteur ATLAS lors de collisions proton-proton dans le LHC (Large Hadron Collider), c'est-à-dire le nombre de paires de photons par intervalle de masse de 2 gigaélectronvolts (GeV). L'excès de paires de photons... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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La recherche de nouvelles particules est au cœur du programme du LHC. Deux méthodes de recherche sont possibles. La première est la recherche dite directe : dans l’hypothèse où une nouvelle particule serait produite dans les collisions du LHC, on pourrait observer ses produits de désintégration, de la même façon que l’on a découvert le boson de Higgs. La seconde méthode est dite indirecte : il se peut que cette nouvell [...]