Les forces électromagnétiques et faibles
La traque du Higgs au Cern
Du LEP au LHC









Le Grand collisionneur d’électrons et de positrons LEP a achevé sa carrière en beauté à l’automne 2000. Palmarès : la confirmation éclatante du modèle standard et, peut-être, un premier signe du boson de Higgs qui donne leur masse aux particules. Ce point controversé a suscité la prolongation in extremis de l’exploitation pendant un mois. Au terme du suspens, le LEP a finalement fermé pour céder la place à son successeur le LHC.

«Le Grand collisionneur d’électrons et de positrons LEP a été une machine productive et performante. Juste avant sa fermeture, après onze ans de bons et loyaux services, il venait de donner le signe de la possibilité d’une découverte importante. Ce qui est le but de toute recherche », relate Patrick Janot chercheur au Cern, le Laboratoire européen de physique des particules, à Genève (Suisse). « Nous voulions en avoir le cœur net. C’est pourquoi une prolongation d’exploitation pendant un an, jusqu’en 2001, avait été demandée. La physique le justifiait. Mais la direction de l’organisation en a décidé autrement. C’est, donc, avec regret que nous avons dû abandonner nos efforts. Car il était, à notre sens, important de déterminer si l’indice de l’apparition d’une nouvelle physique était réel et non pas dû à une fluctuation statistique dans le processus de mesure. Si tel était bien le cas, alors le résultat sera confirmé par l’instrument de nouvelle génération, le Grand collisionneur de hadrons LHC, qui prend place au même endroit et qui entrera en fonctionnement au plus tôt en 2007. » Les installations des deux accélérateurs de particules ont été conçues pour utiliser le même tunnel souterrain, de 27 kilomètres de circonférence, à la frontière franco-suisse. Le premier a fonctionné de 1989 au 2 novembre 2000. Puis, il a été démantelé afin de faire place au LHC dont la construction se poursuit. L’histoire scientifique du LEP a, cependant, été glorieuse et riche.

Jusqu’en 1995, près de 17 millions de particules Z0, le messager neutre de la force faible, y ont été produites. Le modèle standard de la physique a ainsi été vérifié avec un très grand degré de précision. Les données ont, par ailleurs, confirmé qu’il n’existait que trois – et seulement trois - familles de particules élémentaires dans la nature (en lien avec le nombre de neutrinos sensibles à l’interaction faible). Le boson de Higgs, lui, reste le chaînon manquant dans la construction du bel édifice. Son existence tient à une étrange propriété du vide à petite échelle. «Dans ces conditions, le vide acquiert une énergie non nulle ainsi qu’une structure particulière avec laquelle les particules peuvent interagir », explique Patrick Janot. « C’est ce qui s’est passé à la suite du big bang primordial, lorsque la température est tombée en dessous d’un million de milliards de degrés. Une symétrie fondamentale s’est brisée et un nouveau champ de force est né. Il est associé au boson de Higgs, freine le mouvement des particules, leur donne leur masse et leur inertie

Parallèlement, l’énergie disponible au LEP a peu à peu grimpé jusqu’à atteindre 210 milliards d’électronvolts. Les collisions entre électrons et positrons ont permis de produire les particules W+ et W-, messagères électriquement chargées de la force nucléaire faible. La masse du sixième et dernier des membres de la famille des quarks, c’est-à-dire le plus lourd, baptisé sommet (top), a pu être prédite. La valeur correspond à celle trouvée plus tard lors de sa découverte au Tevatron de Chicago, dans l’Illinois. Enfin, l’analyse détaillée de ces résultats semble s’accorder avec la présence d’un boson de Higgs, doté d’une masse de l’ordre de 115 milliards d’électronvolts ! Cependant, cette interprétation reste indirecte. Il faut donc trouver une observation indépendante pour la confirmer. Or, dans les derniers mois de fonctionnement, l'énergie libérée au LEP à grands renforts d'astuces techniques et de travail acharné est devenue juste suffisante pour produire une particule de cette masse. Et coup de théâtre : les événements enregistrés ont semblé confirmer l’apparition du Higgs, au rythme et avec les caractéristiques prévues. Degré de confiance : 99,6%... Un an de prolongation aurait été nécessaire pour faire plus et lever les ambiguïtés. Hélas, la construction du successeur technologique, le LHC, était déjà programmée.... Il a fallu renoncer. Mais une certitude demeure : si la prophétie finale émise par le LEP se vérifie, alors des bosons de Higgs légers seront créés à profusion à partir de 2007.