Les forces électromagnétiques et faibles
Le boson de Higgs raconté aux enfants




Etienne Klein, physicien au CEA, professeur à l'Ecole centrale de Paris, docteur en philosophie des sciences, écrivain

La matière est composée de particules, qui ont des noms parfois étranges : électrons, protons, neutrons, quarks, neutrinos, photons, les photons étant des particules de lumière. Ces particules interagissent par le biais de forces.

Au niveau microscopique, on a identifié trois forces importantes : il y a la force électromagnétique et deux forces nucléaires. Une force nucléaire qu'on appelle la force faible et une force nucléaire qu'on appelle la force forte.
On a compris au cours du XXe siècle que ces trois forces qui en apparence sont différentes peuvent être décrites mathématiquement par les mêmes concepts, par les mêmes outils et en fait on a compris qu'une interaction entre deux particules procède de l'échange d'une troisième particule.
Pour illustrer ceci, on va donner un exemple :
Si on se trouve dans une barque sur un étang et que cette barque avance toute seule; on n'a pas de rames et aucun moyen pour changer le mouvement de cette barque. Arrive à côté de la première barque une deuxième barque qui est dans les mêmes conditions : si on ne fait rien, les deux barques vont entrer en collision.

Il n'y a qu'une seule façon pour éviter la collision c'est de prendre un objet qui a une certaine masse, par exemple un ballon, et de se faire des passes avec ce ballon d'une barque à l'autre. A force de se faire des passes, on va créer entre les deux barques une force répulsive de sorte que les trajectoires des deux barques vont s'écarter l'une de l'autre.
C'est en ces termes qu'on comprend les trois forces qui font interagir les particules entre elles au niveau microscopique.
Les particules interagissent en s'échangeant des ballons et la théorie qu'on utilise pour décrire les particules et les interactions on l'appelle aujourd'hui le Modèle standard.

Quand on utilise cette théorie de façon naïve, cette théorie prédit que tous les ballons que s'échangent les particules doivent avoir une masse nulle, comme le photon qui est par exemple le ballon de l'interaction électromagnétique et qui a une masse nulle.
Sauf que dans les expériences, on voit que cela n'est pas vrai, on voit que les particules que s'échangent les particules ont des masses parfois très élevées.

Comment résoudre ce paradoxe entre la théorie et l'observation ?
La solution a été proposée par trois physiciens à la fin des années 60 dont l'un s'appelle Higgs. Il a imaginé qu'en fait, très tôt dans l'histoire de l'Univers, il y avait deux forces qui ne formaient qu'une seule force, la force électrique et la force nucléaire faible. Tout d'un coup, elles se sont différenciées, c'est ce qu'on appelle une brisure spontanée de symétrie. Le reliquat de cet événement, qui s'est produit très tôt dans l'histoire de l'Univers, cela doit être une nouvelle particule : le boson de Higgs, que l'on n'a encore jamais vu.
On espère bien le découvrir en 2008 quand va démarrer un Grand collisionneur de particules à Genève qui s'appelle le LHC et qui va atteindre des énergies suffisamment élevées pour que sans doute le boson de Higgs montre son nez.


Texte retranscrit de l'émission de Noëlle Bréham Les p'tits bateaux du 16/10/05 (France Inter); interview d'Etienne Klein, physicien au CEA, professeur à l'Ecole centrale de Paris, docteur en philosophie des sciences, écrivain.