Champ de Higgs électrofaible

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Le champ de Higgs (du nom de l'un de ses inventeurs, Peter Higgs), en nom complet champ de Brout-Englert-Higgs-Hagen-Guralnik-Kibble (champ BEHHGK), est un champ scalaire, indispensable au modèle standard pour expliquer la brisure de symétrie qui se manifeste par la portée infinie de la force électromagnétique et la portée très limitée de la force faible.

On explique cette différence par le fait que le photon, médiateur de l'interaction électromagnétique, n'interagit pas avec le champ de Higgs, ce qui n'est pas le cas des bosons intermédiaires W+, W- et Z, médiateurs de l'interaction faible. Or, le photon n'a pas de masse, et les trois autres bosons sont lourds (environ 90 GeV). On pense donc que l'interaction avec le champ de Higgs serait responsable de l'apparition de la masse inertielle, valeur scalaire qui mesure la résistance des particules à l'accélération, et affecterait en réalité toutes les particules élémentaires (même le neutrino, dont l'oscillation de saveur récemment détectée confirme effectivement une masse non-nulle).

Le champ de Higgs étant un champ scalaire (donc décrit par une simple fonction  f(x) de la coordonnée x), son boson vecteur, le boson de Higgs, possède un spin nul.

Diverses théories, dont celle de l'univers anti de Sitter[1], permettraient toutefois de « se passer » de ce champ de Higgs et son boson associé, au prix toutefois de l'ajout de dimensions supplémentaires à l'espace-temps, ce qui conduit les physiciens à privilégier l'hypothèse du boson de Higgs. Les nombreuses expériences actuelles sur ce sujet visent donc à valider ou invalider définitivement l'existence ou non de ce boson et son champ associé.

Origine du champ de Higgs[modifier | modifier le code]

Comme tous les champs quantiques, le champ de Higgs trouverait son origine dans le Big Bang. Cependant, contrairement à ses homologues, ce champ n'aurait pas un potentiel minimal à valeur nulle, mais pour une valeur différente de zéro ; par exemple, ce potentiel pourrait s'écrire :  V(\psi) = (\psi^2 - \psi_0^2)^2 . L'évolution du champ vers son potentiel moindre, à l'occasion de l'expansion de l'univers, impliquerait donc que celui-ci tende vers cette valeur constante (et positive). Voilà pourquoi les physiciens parlent d'une valeur moyenne dans le vide non nulle du champ de Higgs, ou, pour simplifier, d'océan de Higgs.

Pour que ce champ prenne une valeur nulle dans une certaine partie de l'univers (et donc que la masse inertielle y disparaisse), il faudrait y apporter l'énergie susceptible de lui faire remonter de son puits de potentiel, comme c'était le cas lors du Big Bang.

Le champ de Higgs crée la masse inertielle[modifier | modifier le code]

Depuis longtemps, des physiciens s'interrogent sur l'origine de l'inertie de la matière, qui mesure la force qu'il faut appliquer à un objet pour lui imprimer une accélération donnée. Le champ de Higgs, intervenant par le biais du mécanisme de Higgs, fournirait un élément de réponse important en ce sens, si cette explication était confirmée par des expériences réalisées à partir de 2009 au LHC : en mouvement accéléré, c'est le champ de Higgs qui freine les quarks qui composent les objets que nous soulevons, tirons et lançons : La masse inertielle d'une particule résulte donc de son degré d'interaction avec le champ de Higgs.

Ainsi, une particule sans interaction avec le champ de Higgs, comme le photon, aurait automatiquement une masse nulle. Inversement, plus cette interaction serait importante, plus la particule serait « lourde ».

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Théorie électrofaible sans boson de Higgs CEA