Le boson de Higgs? Attends, je te fais un schéma
«C’est Einstein qui arrive dans un cocktail de physiciens…» Et autres histoires utilisées pour faire comprendre le boson de Higgs à tous ceux qui se sont arrêtés avant le doctorat de physique.
- Le boson de Higgs expliqué par PHD Comics - Capture d'écran -
Depuis ce 4 juillet au matin, notre connaissance de l'univers a été transformée. C'est le moment qu'ont choisi les physiciens du LHC en Suisse, juste à la frontière française, pour annoncer les derniers résultats d'une quête qui les tient en haleine depuis plusieurs décennies, la recherche d'une particule fondamentale: le boson de Higgs –et ils l'ont réellement trouvée (ou, du moins, quelque chose qui y ressemble beaucoup).
Mais pourquoi s'intéresser à cette découverte, surtout quand on n'a pas de diplôme avancé en physique des particules? Peut-être que l'explication peinera à en convaincre certains, mais si les chercheurs ont en effet découvert le Higgs, il s'agit du progrès le plus considérable dans la compréhension de la structure fondamentale de notre univers –et donc de nous-mêmes– que notre espèce a accompli depuis l'élaboration du modèle standard, dans les années 1970. Comment rester indifférent quand ce genre d'événement est en train de se passer?
Quoi qu'il en soit, voici le moment où je suis censé expliquer ce que sont, exactement, le boson de Higgs et le champ de Higgs qui lui est associé. Si la théorie est exacte, l’interaction avec le champ de Higgs est ce qui donne aux particules, comme les protons et les neutrons (et, au final, aux atomes, aux molécules, et à n'importe quel écran sur lequel vous êtes en train de me lire) leur masse. Oh, et dans ce champ, le boson de Higgs est tout simplement un quantum d'excitation que des physiciens réussissent désormais à matérialiser grâce à d'énormes accélérateurs de particules.
Ce n'est pas encore assez clair? Peut-être que les diverses analogies, étranges et fascinantes, que les vulgarisateurs scientifiques ont utilisées ces derniers jours feront la différence. Je les ai regroupées en trois catégories, pour plus de commodité.
1. Le cas collant
Cette catégorie, qui implique en général un objet vierge de toute aspérité, une perle par exemple, et avançant dans une sorte de substance sirupeuse, est de loin la classe d'analogie la plus populaire et dont on nous a le plus rebattu les oreilles. On parle ainsi de barbe à baba, de mélasse, d'un plateau de cantine rempli de sucre et, en termes moins caramélisés, de grumeaux se formant dans du lait caillé –ce qui correspond à la production d'une particule unique à partir d'un champ plus large.
Variante piscine de mélasse
Voici comment la décrit le magazine Sciences et Avenir:
«Certaines particules évolueraient dans ce champ comme le feraient des nageurs dans une piscine de mélasse. Leur mouvement est ralenti de la même façon que s’ils pesaient un peu plus lourd. Et selon leur maillot de bain ou leur combinaison, ils "accrochent" plus ou moins de matière et ont donc un poids différent. A l’inverse, les photons seraient des nageurs olympiques équipés de combinaisons profilées qui se déplaceraient sans aucun frottement.»
Variante jeu de billes
Autre analogie fondée sur le même principe, celle proposée dans cette formidable petite vidéo, qui fait le maximum pour expliquer (en anglais) ce qu’est le boson, pourquoi on le cherche et pourquoi c'est –très– compliqué.
«Imaginez, explique l'auteur dans cette vidéo (à partir de 4 minutes 10), un champ qui imprègne tout l’univers —le champ de Higgs. Chaque particule [ici des billes, NDLR] sent ce champ, chacune en est affectée selon une ampleur variable. Certaines particules sont très ralenties par l’interaction avec ce champ, d’autres ne la ressentent presque pas. Ces dernières ont une faible masse. Celles qui sont très affectées par le champ ont une masse importante.»
Le boson de Higgs expliqué - capture d'écran de la vidéo de PHD Comics
Mais il s'avère, cependant, que Peter Higgs, physicien théoricien qui a donné son nom à la particule, n'aime pas vraiment ces exemples visqueux. Il leur préfère une explication plus sociale.
2. Margaret Thatcher arrive dans une pièce bondée
Interrogé par PhysicsWorld.com, Higgs explique que sa métaphore préférée a été imaginée par le physicien David Miller, qui voit dans le mécanisme du boson de Higgs une métaphore de la politique britannique contemporaine. Dans Physics World, Matin Durrani écrit:
«Miller est célèbre pour avoir comparé le boson de Higgs à l'ancien Premier ministre britannique, Margaret Thatcher, avançant dans une salle bondée et gagnant de la masse à mesure que d'autres personnes s’agrégeaient autour d'elle.»
Variante Albert Einstein
Burton DeWilde, un ami et doctorant en physique, m'a parlé d'une autre variante:
«Imagine une pièce remplie de physiciens. Tout d'un coup, Einstein arrive et essaye de la traverser, mais des physiciens éblouis par sa personne s'agglutinent autour de lui et entravent ses mouvements, ce qui augmente sa masse. Maintenant, imagine que je rentre dans la pièce. Un étudiant de seconde zone, personne ne veut me parler, ce qui fait que j'arrive à traverser relativement facilement la foule de physiciens –pas de masse effective pour moi! Enfin, imagine que quelqu'un lance une rumeur, et que les physiciens se mettent à s'exciter et à se rassembler spontanément.»
Dans cette analogie, la pièce remplie de physiciens représente le champ de Higgs dans l'espace. Einstein, c'est une particule avec une masse importante, je suis une particule avec une masse faible (ou pas de masse du tout) et un groupe de physiciens représente une excitation du champ, soit justement le boson de Higgs. Notez bien que remplacer Thatcher par Einstein ne change rien sur le fond: si vous n'avez pas compris avec la première, vous ne comprendrez pas plus avec le second.
3. Dans l'air
Un dernier exemple –assez élégant dans sa simplicité– nous est donné par Matt Strassler, professeur à l'université Rutgers, et qui compare le champ de Higgs à l'air environnant.
«Qu'est-ce que le champ de Higgs et comment le concevoir? Pour nous, il est tout aussi invisible et indétectable que l'air pour un enfant, ou que l'eau pour un poisson; en réalité, il l'est même encore davantage, car en grandissant, nous apprenons à prendre conscience du flux d'air dans lequel baigne notre corps et à le détecter par nos sens, mais aucun de nos sens ne peut nous permettre d'accéder au champ de Higgs.»
Quelle analogie capture donc le mieux l'essence du champ de Higgs? Un physicien intransigeant vous dira que seules les mathématiques peuvent le permettre. Ce genre de thématiques a peut-être plus à voir avec le quotidien des scientifiques –toutes ces conférences et leurs cafés trop sucrés– qu'avec la nature fondamentale de la réalité.
Enfin, n'hésitez pas à vous rendre sur le site du Cern. Oh, pas pour y lire les dernières données enregistrées par l'accélérateur de particules, qui ressemblent à ça:
Non, plutôt pour consulter le mini-site dédié aux enfants, CernLand, avec des explications à la portée de tous... et des petits jeux sympa.
J. Bryan Lowder
Traduit par Peggy Sastre
(Il s'agit d'une version adaptée et augmentée de l'article paru sur Slate.com, adaptation assurée par Jean-Laurent Cassely)
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Mis à jour le 04/07/2012 à 19h12
Merci pour cet article très intéressent qui m'a permis de mieux comprendre (à défaut de maîtriser) tout cette agitation autour de cette découverte !
Pour le "groupe" d'exemples #2 est le plus claire (celui avec Thatcher et Einstein)
Que le physicien, pas le philosophe.
Et pourtant je crois profondément en l'humanité. Je sais que ce cancer aurait dû depuis longtemps être guéri. Mais le bon sens des hommes est systématiquement corrompu. Et les coupables se nomment: école, presse, monde des affaires, monde politique.
Comment je vois le monde (1934)
Ceux qui aiment marcher en rangs sur une musique: ce ne peut être que par erreur qu'ils ont reçu un cerveau, une moelle épinière leur suffirait amplement.
Comment je vois le monde (1934).
Le fait que les hommes tirent peu de profit des leçons de l'Histoire... c'est la leçon la plus importante que l'histoire nous enseigne..."
"Il faut prévenir les hommes qu'ils sont en danger de mort... la science devient criminelle." (1948).
Ce ne sont pas les diplômes qui font référence en matières de sciences.
« C'est la personne humaine, libre et créatrice qui façonne le beau et le sublime, alors que les masses restent entraînées dans une ronde infernale d'imbécillité et d'abrutissement. »
de Albert Einstein
Extrait du Comment je vois le monde.
La valeur morale ne peut pas être remplacée par la valeur intelligence et j'ajouterai : Dieu merci ! »
de Albert Einstein
Extrait du Comment je vois le monde
ça ne va pas bouleverser ma vie.
Je suis satisfait de ma vie ces dernières années. J'ai gardé ma bonne humeur et je ne prends ni moi-même ni les autres au sérieux.
Pensées intimes, Lettre à P. Moos, 30 mars 1950, Archives Einstein 60-587
Si les Bogdanoff sont de la famille Einstein, alors moi aussi. C'est un psy qui me l 'a dit il y' a 20 ans.Un expert en la matière.
Sauf erreur de ma part, on présente les photons comme n'ayant pas de masse... euh question : pour quoi un trou noir est noir alors ???
Un photon va d'un point A à un point B par l'itinéraire le plus court, c'est à dire en ligne droite.
Or un trou noir est une courbure de l'espace temps. Le photon tombe donc dedans. Il ne peut pas en ressortir car c'est comme un puits à deux cotés. S'il voulait ressortir de l'autre coté du trou noir, la courbure irait dans l'autre sens, il est donc prisonnier dedans, et plus aucune lumière ne nous parvient de lui.
Si un objet possède une masse, il faut une certaine énergie pour l'accélerer. Et la théorie d'Einstein démontre que pour l'accélerer à la vitesse de la lumière, il est nécessaire d'avoir une énergie infinie, qui au prix actuel, serait également infini. Il faut revenir à Newton pour comprendre pourquoi un trou noir est noir. La première application pratique de la loi de Newton n'est pas réellement de calculer comment tombent les pommes, mais comment incliner le canon pour envoyer l'obus sur la tête des imbéciles d'en face. En tripatouillant un peu les équations (qui de mon temps étaient au programme au lycée) on découvre un truc tout bête, qui est que pour, par exemple, dégommer la lune, si on voulait tirer un obus et faire un cratère de plus sur la lune, on a besoin d'une vitesse minimale, qui s'appelle la vitesse de libération. Elle vaut 11.3km/s à la surface de la terre(voir http://fr.wikipedia.org/wiki/Vitesse_de_lib%C3%A9ration), à la surface du soleil (c'est académique, à savoir si on est à la surface du soleil on est un peu mort, mais disons...) à la surface du soleil donc 600km/s. Si l'objet est hyper dense, on peut arriver à des vitesses de libération de 100000, 200000, 300000km/s. Si l'objet est tellement dense qu'à sa surface, la vitesse de libération est de 300000km/s, rien ne peut en échapper, même pas la lumière, qui elle va à 298.... et quelques km/s. Elle a beau n'avoir aucune masse, elle ne va pas assez vite, vu qu'elle ne va qu'à la vitesse d'elle même :). Einstein aurait expliqué celà en disant que le trou noir courbait tellement l'univers autour de lui que la lumière retombait sur le trou noir.
J'ai lu un peu partout les commentaires sur cette découverte, et tout le monde s'évertue à explique ce qu'est ce foutu boson de higgs, et à vrai dire, je crois que sans être du milieu (c'est à dire être capable d'aligner les équations qui vont bien derrière) on ne peut qu'en avoir une idée très vague. L'autre dimension est la dimension politique de tout celà (au sens noble de politique). En 1810, le président des Etats Unis reconnaît que la culture est inexistante dans son pays (Beethoven en Europe, rien du tout aux USA), et il va pousser progressivement la naissance d'une culture, music hall, théâtres mais aussi observatoires. Ils seront souvent construits via l'aide locale de philanthropes, mais l'important est qu'ils seront construits. Un problème des télescopes (ces longs tubes...) est que lorsqu'une ville va construire son observatoire, la ville suivante ne va pas pouvoir décemment faire un télescope plus petit. Se lance donc une course aux instruments de plus en plus grands, et évidemment, ils vont aussi tenter de former des astronomes pour utiliser les dits instruments. Vers 1880, année de rupture, les américains commencent à faire des découvertes (les satellites de Mars, la naine blanche compagnon de Sirius). C'est la première fois que les américains font des découvertes. Surprenamment, ils vont aussi former leurs premières universités scientifiques (pendant que nous préparons la première hécatombe). Surprise encore, toute la science du 20ème siècle est dominée par les américains. Autre surprise, toute l'économie mondiale est dominée par les Etats Unis. Voilà ce qui fait de se passer avec le boson de Higgs c'est que dans ce domaine là, les américains ne sont plus les premiers. Qu'ils continuent d'être les premiers à dépenser de l'argent dans le domaine militaire, bien pour eux. En astronomie (mon domaine), l'observatoire européen austral est l'observatoire le plus prolifique au monde depuis plusieurs années. C'est d'une très bonne augure pour l'europe, que certains apparemment souhaiteraient voir disparaitre. Elle est au premier plan au niveau scientifique, malgré des investissements beaucoup plus faibles qu'aux Etats Unis (sans parler de la Chine, encore bien loin derrière, du moins en recherche fondamentale). Quand la recherche fondamentale va, tout va. La découverte du boson de Higgs était une découverte attendue, les européens ont su construire la machine pour pouvoir le faire et l'on fait. Au niveau spatial, le satellite Planck, le satellite Herschell (le plus gros télescope spatial jamais lancé) donnent et vont continuer de données de premier plan. Je serais physicien des particules, je me lancerai dans l'astrophysique des particules, domaine par ailleurs impulsé par Michel Spiro (le président actuel du conseil du CERN). C'est là que sont les frontières de notre connaissance de la matière. Je serai politicien (moi président de la république, etc... vous connaissez la chanson), je filerai plus de fric à l'ESO (observatoire européen austral, pour qui je ne travaille pas) de façon à ce que leur EELT (european extremely large telescope) soit 2 fois plus gros. C'est trois francs six sous en plus (disons que ça priverait l'europe d'une dizaine de rafales) et ça serait un investissement très rentable pour le futur de l'Europe. C'est la seule chose vraiment importante dans cette découverte. Je ne sais pas comment on dit cocorico en européen.
Fatigué moi... Il fallait donc lire : "Voilà ce qui vient de se passer avec le boson de Higgs : c'est que dans ce domaine là, les américains ne sont plus les premiers"
Lire par exemple les deux derniers paragraphes de : http://www.skyandtelescope.com/news/Why-the-Higgs-Discovery-Deserves-the-Hype-161428195.html
Le boson de Higgs ne serait-il pas la cause de la gravité ? Puisqu'il fait la masse... de là à lui donner le rôle de graviton... il n'y a qu'un petit pas de Béotien...
Eureka ! je l'ai trouvé la cause de la poussée d'Archimède ! C'est Higgs qui fait Archimède.
Non, Docteur tout va bien... Merci pour les pilules roses...
Ca ressemble quand même fortement à l'éther ce "champ de Higgs" :
Une chose qui remplit tout l'espace, au sein duquel se déplacent toutes les particules...
La théorie est relativement simple :
La masse des particules viendrait de la réaction inertielle causée par le mouvement dans l'éther (la particule chargée subirait aussi une déformation volumique, d'où l'effet relativiste comme montré par Poincaré).