Le lecteur : j'entends dire que le boson de Higgs serait responsable de la masse de toutes les particules ?!
Sub Yu : Effectivement. Mais le mécanisme en jeu ici est d'une complexité extrême. Pour le comprendre, il faut connaître l'appareil d'analyse mathématique qui va avec, bonjour !
Le lecteur : Voilà une réponse qui m'en apprend beaucoup ! Personne n'a jamais vu le boson de Higgs, mais la fine fleur de la physique mondiale le cherche. D'où sort ce boson ?
Sub Yu : La réponse est simple. Il sort des recherches fondamentales des physiciens théoriciens. C'est juste une hypothèse capitale à vérifier, une particule nouvelle qui pour l'instant n'existe que dans certains résultats, certaines solutions des équations de la physique. La physique fourmille d'exemples où, pour se sortir d'un problème de calcul, les chercheurs émettent l'hypothèse que le problème n'est que le signe d'une réalité physique non encore découverte. Le meilleur exemple est le neutrino. Comme il manquait de l'énergie dans les analyses de certaines interactions entre particules, un physicien, Wolfgang Pauli, imagina qu'une particule très légère, encore inconnue, sans doute de masse nulle et sans charge électrique, emportait avec elle cette énergie manquante décelée par les calculs. Il avait raison : le neutrino, pur produit d'une solution d'équation, existait, on le découvrit quelques années plus tard.
Le lecteur : Et quel est le problème qui a permis aux chercheurs « d'imaginer » l'existence du boson de Higgs ?
Sub Yu : Nous voici au point capital de toute l'affaire. Il s'agissait tout bonnement de trouver une explication à la brisure spontanée de la symétrie électrofaible.
Le lecteur : Est-ce que vous vous fichez de moi ou est-ce que vous êtes aussi snob que vous paraissez ne pas l'être ?
Sub Yu : En un sens - mais en un sens seulement - la chose est assez simple à comprendre. Quelle est l'ambition de toute la physique contemporaine ? Bâtir la théorie de la Grande Unification, c'est-à-dire unifier les quatre forces fondamentales.
Le lecteur : La force de gravitation, la force électromagnétique, et les deux forces qui s'exercent à l'échelle des noyaux, la forte et la faible.
Sub Yu : Vous me la bâillez belle ! Eh bien on suppose qu'au moment du big bang, et juste après, il n'existait qu'une seule force dans l'univers, qui s'est séparée en quatre forces « spécialisées » dès que l'univers s'est suffisamment refroidi pour que se forment les particules et les premiers atomes d'hydrogène, tels que nous les connaissons aujourd'hui.
Le lecteur : En somme, on veut remonter le temps, des quatre forces vers une seule, la primitive ?
Sub Yu : Tout à fait. D'ailleurs, ce sont les conditions initiales du big bang qui sont reconstituées dans l'accélérateur de Genève. Aujourd'hui, les physiciens ont fait un premier pas. Ils ont su mettre au point un ensemble d'équations mathématiques qui définissent à la fois la force électromagnétique et la force faible, celle responsable de la radioactivité. Seulement il y a un hic ! Pour que cette construction tienne le coup, il faut expliquer une sacrée brisure de symétrie.
Le lecteur : Allons bon, la revoilà. La symétrie est donc si importante en physique ? Cette science est-elle si terroriste qu'elle n'admette pas l'asymétrie ?
Sub Yu : La symétrie est capitale, c'est la Clé ! Au point que chaque fois qu'un physicien tombe sur une brisure de symétrie, il pense qu'elle doit s'expliquer par une symétrie cachée à un niveau plus profond de la réalité. Et il la cherche ! Il l'invente s'il le faut, mais il n'y a là aucun terrorisme.
Le lecteur : Vous perdez le fil ! Je ne sais toujours pas quelle bon Dieu de symétrie a été brisée dans l'unification des forces électromagnétique et faible !
Sub Yu : Vous avez raison. Pour comprendre, il faut revenir un instant à la notion moderne de « force » en physique. On préfère dire aujourd'hui «interaction » plutôt que «force» parce que l'exercice d'une force est tout bêtement un échange de particules. Tenez, imaginez deux barques qui s'approchent l'une de l'autre au gré des courants. Vous êtes dans l'une, votre fiancée est dans l'autre, et malheur, vous allez vous heurter, vous n'avez pas de rame pour empêcher la collision. En revanche, chacun de vous a des ballons dans sa barque. Vous en prenez un, vous le lancez par-dessus l'eau à votre fiancée, qui l'attrape. Surprise ! Vous constatez que vos deux barques ont subi un ralentissement. Vous continuez tous les deux alternativement le jeu des échanges de ballon, et vous constatez que plus les barques se rapprochent, plus les ballons que vous lancez peuvent être lourds et efficaces, à courte portée. Finalement le choc est évité. Vous avez agi l'un sur l'autre, créé une force de répulsion avec le seul échange de vos ballons.
Eh bien les forces dans l'univers fonctionnent à peu près ainsi. Chaque force a son ballon, c'est le cœur de la théorie des quantas. Tous les « ballons » portent un nom générique, on les appelle des « bosons ». Le ballon (le boson) de la force électromagnétique s'appelle le photon, bien connu de tous, et la force faible, elle, possède un jeu de trois ballons : les deux bosons W et le Z. Ils sont très lourds, donc... rappelez-vous nos deux barques, ils (et la force qu'ils représentent) sont de très courte portée. Le photon est-il aussi lourd ? Non justement, il n'a pas de masse. Zéro ! Alors là il y a tout de même un problème...
Le lecteur : Je crois comprendre. Le photon est de masse nulle, donc de portée infinie, tandis que les trois bosons de la force faible sont très lourds, donc de très courte portée. Ça doit poser un sacré problème d'unifier deux forces aussi différentes pour en faire une seule, avec un seul jeu d'équations.
Sub Yu : Dites à votre fiancée qu'on fera quelque chose de vous ! Eh oui, vous avez mis le doigt sur la difficulté. C'est un peu comme d'unifier la carpe et le lapin, ou la machine à coudre et le parapluie. A moins de pratiquer une science surréaliste, on n'y arrivera pas. Pour résoudre le problème, les physiciens ont donc imaginé, sous le monde des particules connues, à un niveau extrême de densité d'énergie, l'existence d'un champ qu'ils ont baptisé du nom de champ de Higgs, possédant sa particule d'interaction, le boson de Higgs, qui « prête » de la masse aux trois bosons de la force faible, bosons qui à l'origine - donc dans des conditions extrêmes de température et de densité - étaient, comme le photon, de masse nulle, selon les meilleures règles d'une bonne symétrie des familles.
Le lecteur : Dites donc, ça me paraît plutôt culotté cette histoire ! N'est-ce pas une hypothèse bien commode pour sauver les pots cassés, pour sauver la théorie de la grande unification ? N'est-ce pas, comme disent les scientifiques, une hypothèse « ad hoc » ? Et le capitaine n'est pas loin ! La physique quantique serait pour lui un sacré réservoir d'injures : Eh va donc, bachi-bouzouk, boson de Higgs !
Sub Yu : Qui sait ? Peut-être avez-vous raison ? Peut-être qu'ils se plantent, nos physiciens ? C'est justement pour ça qu'ils le cherchent, ce boson de Higgs ! S'ils le trouvent, tout va bien. S'ils ne le trouvent pas, catastrophe ! Il faut changer de fond en comble la plus grande théorie physique actuelle, avec la Relativité. Vous vous rendez compte ? Toute la théorie des quantas dans la corbeille à papier ?
Le lecteur : Mais si ça marche, ce n'est pas fini ? Il reste à unifier la force électrofaible avec la forte et avec la gravitation ?
Sub Yu : Précisément ! Bien sûr, les physiciens théoriciens, qui adorent réfléchir et qui, dans le fond, sont de grands surréalistes et même de grands dadaïstes, n'ont pas attendu de trouver le boson de Higgs pour continuer sur leur lancée !Ils travaillent sur la force forte, ils cherchent de nouvelles symétries qui puissent expliquer les divergences apparentes des forces, leur commensurabilité.
Le lecteur : Pardon ?
Sub Yu : Leur commensurabilité. Le fait de pouvoir comparer les mesures effectuées et de se tenir dans une échelle et une catégorie euh... maîtrisables.
Le lecteur : Et alors ? C'est la force de gravitation... pardon, l'interaction gravitationnelle qui pose des problèmes ?
Sub Yu : De... lourds problèmes. On ne sait pas qu'en faire. Figurez-vous que la gravitation est en gros cent milliards de milliards de milliards de milliards de fois plus faible que les autres forces. 10-38 pour le dire plus vite. Comment voulez-vous unifier une pareille différence ? Où trouver une symétrie cachée capable d'expliquer ça ?
Le lecteur : Mais que me racontez-vous là ? La force de gravitation tellement plus faible que... Mais enfin, on la sent, on l'éprouve tous les jours ! La pomme tombe de l'arbre, je tombe par terre...
Sub Yu : Vous oubliez que la force de gravitation, qui est attractive, est aussi cumulative. Elle est très présente au quotidien parce que votre corps est fait d'environ quatre milliards de milliards de milliards d'atomes. C'est donc par ce nombre impressionnant qu'il faut multiplier la force de gravitation d'un seul de vos atomes. Mais, atome comparé à atome, la disproportion entre la force de gravitation et les autres forces est si énorme, comme on l'a dit plus haut, que les physiciens sont désarmés.
Le lecteur : Si j'ai bien compris, la grande unification des quatre forces, ce n'est pas pour demain ?
Sub Yu : Ni pour après-demain. Du coup, les physiciens les plus audacieux cherchent d'autres solutions. Il y a déjà, sur le champ de bataille théorique, d'autres hypothèses pour remplacer la théorie des quantas.
Le lecteur : Comme ?
Sub Yu : Comme la théorie des supercordes.
Le lecteur : On en parle ?
Sub Yu : Je crois plutôt qu'on va aller boire à la santé de nos physiciens... |
