Boson de Higgs: de l'importance de la découverte d'une 25e particule par le Cern. — [...] La recherche en physique est devenue, avec l’exploration spatiale, l’un des domaines les plus coûteux en raison de la taille et de la puissance nécessaire pour construire les fameux accélérateurs de particules qui permettent de réaliser les expériences nécessaires.
En 2011, l’équivalent américain du LHC du Cern, le Tevatron du Fermilab, a fermé ses portes faute d’argent. Achevé en 1983, il avait coûté cent vingt millions de dollars. Le LHC, mis en fonctionnement en 2008, représente un investissement de six milliards et demi d’euros, dont cinq milliards d’euros pour l’installation elle-même. Il s’agit donc bien de la plus coûteuse machine jamais construite dans le monde.
Son fonctionnement lui-même revient très cher. Le LHC consomme cent vingt MW, sur les deux cent trente MW pour l’ensemble du Cern. Cela représente les besoins en électricité des ménages de l’ensemble du canton de Genève. Du coup, le LHC ne fonctionne pas en hiver. Certains avancent que, en dehors du coût de l’électricité, les habitants du canton seraient privés de chauffage électrique sans cette interruption… Le coût annuel de fonctionnement voisinerait les vingt millions d’euros.
Le LHC est aussi la plus grande machine jamais construite sur Terre avec ses vingt-sept kilomètres de circonférence enterré à une profondeur moyenne de cent mètres. Elle abrite des détecteurs de particules tout aussi gigantesques. Ainsi, Atlas mesure trente-cinq mètres de large, cinquante-cinq mètres de long et quarante mètres de haut.
Dans une période de crise économique comme celle que traverse l’Europe, il ne fait pas de doute que le LHC se trouve dans le collimateur des financiers. D’autant que ses débuts ont été laborieux. A peine inauguré, le 10 septembre 2008, avec la circulation du premier faisceau de particules, une panne est survenue le 19 septembre avec une fuite de six tonnes d’hélium liquide et l’endommagement de cinquante-trois aimants.
Les réparations ont duré jusqu’au 20 novembre 2009. Depuis, on attend des résultats. En justifiant dès le début du projet, pour une importante partie, la construction du LHC par la traque du Boson de Higgs, le Cern s’est lui-même mis la tête sur le billot. Que les spécialistes répètent à loisir qu’un échec ne serait pas bien grave ou qu’il serait même aussi instructif qu’une réussite ne change rien à l’affaire.
Le LHC avait donc tout intérêt à faire une découverte à l’échelle de sa démesure. Dans l’immédiat, seule la mise en évidence de l’existence du Boson de Higgs pouvait être à la hauteur des attentes du public comme des scientifiques et des financiers.
Les prochaines étapes. — Comme l’ont dit tous les intervenants lors de la conférence du 4 juillet 2012, «il reste du pain sur la planche». Les deux-tiers des données déjà acquises n’ont pas été dépouillées. Il reste également à publier les résultats obtenus dans une grande revue, sans doute Nature ou Science. Puis à étudier les propriétés de la nouvelle particule pour vérifier qu’elle possède bien les caractéristiques prévues par Peter Higgs et ses collègues. Si c’est le cas, le modèle standard tel qu’il est aujourd’hui sera validé une nouvelle fois. Si ce n’est pas le cas, comme l’indique Étienne Klein, «une nouvelle physique naîtra».De toutes façons, le 4 juillet va ajouter une célébration à celle l’indépendance des États-Unis: celle de la découverte d’une nouvelle particule. Il conduira aussi, sans grand doute, à l’obtention du prix Nobel de physique par Peter Higgs, quatre-vingt trois ans, et présent ce mercredi au Cern. Probablement avec certains de ses collègues encore vivants, comme François Englert et Tom Kibble.— Michel Alberganti, 4 juillet 2012.
3. Lundi 13 février 2012. — Notre ami et collaborateur occasionnel, le physicien Jean-Marc Lévy-Leblond, est l'auteur de nombreux ouvrages et directeur de la revue Alliage. Nos lecteurs l'ont déjà rencontré deux fois sur notre site: le 7 février 2009 (note 4) pour sa postface aux Leçons sur l'Enfer de Dante, deux conférences données par le jeune Galilée sur la géométrie de l'Enfer, publiées chez Fayard et superbement illustrées; un an plus tard le 8 février 2010, dans Du côté des femmes, pour un texte de circonstance à propos du débat alors en cours sur la burqa. Le voilà revenu, toujours en février, 2012 cette fois et dans sa spécialité, à propos de nos articles et commentaires sur l'accélérateur de particules plus que sur le boson d'ailleurs:
Science et démocratie. — Un physicien soucieux de partager son savoir ne peut que se réjouir de l'enthousiasme dont vous faites preuve dans votre blog à l'égard de la physique des particules et tout particulièrement du boson de Higgs, dont la découverte éventuelle fait l'objet de récentes expériences au Cern.
Si l'intérêt scientifique propre de ces recherches n'est pas en cause, il me semble que les éléments suivants méritent d'être connus afin de mettre ces recherches en perspective. C'est que le grand accélérateur Large Hadron Collider (LHC) du Cern est un exemple révélateur de la Big Science actuelle:
• C'est l'un des projets scientifiques les plus coûteux jamais entrepris, son seul coût de construction ayant avoisiné les 8 milliards d'euros.
• Malgré sa finalité essentiellement fondamentale, il n'échappe guère au mercantilisme, car il offre de juteux marchés à nombre d'entreprises de haute technologie et ses promoteurs justifient d'ailleurs en partie son existence par son rôle de banc d'essai de technologies nouvelles.
• Il opère selon des procédures véritablement industrielles: les publications qui en sortent sont signées de plusieurs centaines de chercheurs, posant le problème de la notion même de création en science.
• Sa consommation électrique est égale à celle de tout le canton de Genève, c'est pourquoi il s'arrête en hiver, le prix du kWh étant rédhibitoire en cette saison.
• Et ce n'est pas par hasard que des résultats spectaculaires (mais hypothétiques) sont annoncés précisément en ce moment, histoire de maintenir la pression sur les financeurs publics pour la prochaine saison…
• Le caractère hautement sophistiqué de la discipline exclut toute possibilité que le citoyen lambda puisse à l'heure actuelle se faire une idée sur le sens et l'intérêt de ces recherches.
La technoscience est-elle soluble dans la démocratie? — Jean-Marc Lévy-Leblond.
2. 5 janvier 2012. — Il y a un peu plus de trois ans (texte ci-dessous), Peter Higgs nous émerveillait avec sa démarche entre rêve et raison, tandis que le CERN mettait en place le LHC (Large Hadron Collider — nous avons aimé le surnommer ici le Grand Collisionneur — qui en dépit de quelques menus déboires, est peut-être déjà en train de déboucher sur la découverte du fameux boson, dit de Higgs justement, du nom de son inventeur. Après six mois d'exploitation et quatre cent trillions de collisions entre protons, une dizaine de ces chocs aurait fait apparaître un boson furtif. Il s'agit cette année d'en provoquer trois à quatre fois plus, avec l'espoir d'attester définitivement de l'existence du beau boson avant l'été. Déjà présente, on l'a vu ci-dessous, la poésie ne perd pas ses droits: "Nous observons une mer bouillonnante et, de temps en temps, une vague passe au-dessus de la jetée. C'est une fluctuation qui ne nous intéresse pas. Nous devons descendre tout près de la surface de cette mer agitée pour trouver quelque chose qui sorte de l'ordinaire", dit Yves Sirois, chercheur du CNRS impliqué dans la recherche.
C'est qu'il s'agit, sous la frontière franco-suisse, de maintenir en permanence une température de - 271°, plus froide que celle de l'espace intersidéral, et d'un vide plus poussé, sur vingt-sept kilomètres de la ronde de tuyaux où circulent les protons, avec une consommation électrique supérieure à celle du canton de Genève. Pour des raisons d'économie, une pause est observée chaque année entre décembre et février. Le temps sans doute d'exploiter les données qui remplissent un CD-Rom par seconde de fonctionnement.
C'est le moment de se souvenir que c'est le CERN qui a inventé le web dans les années 1990, et depuis, construit la «grille», une architecture de dizaines de milliers d'ordinateurs entre grands centres informatiques, permettant aux données de circuler à des vitesses dix fois supérieures à celles des réseaux à très haut débit que les plus chanceux d'entre nous utilisent. Loin d'être un jouet coûteux pour quelques savants perdus dans leur cosmos artificiel, notre Grand Collisionneur met en évidence son rôle socio-économique, technologique, électronique, informatique et en science et production de nouveaux matériaux.
Dans ce qu'il montre clairement des rapports entre recherche fondamentale et quotidien de nos vies politiques, économiques et sociales, produire européen, le Grand Collisionneur est peut-être un de ces invités urgents et nécessaires au banquet des présidentielles.
O. D. — Vous êtes professeur émérite de physique à l'université d'Édimbourg. Qu'est-ce que ce boson, que vous avez imaginé au début des années 1960 et qui porte maintenant votre nom?
P. H. — C'est une particule élémentaire qui expliquerait pourquoi presque toutes les autres particules ont une masse. À ce jour, elle n'existe que sur le papier, car aucun accélérateur n'est parvenu à prouver son existence. C'est en partie pour cela qu'a été construit le Large Hadron Collider (LHC) au CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire), qui devrait permettre de la voir. C'est alors une pièce cruciale du "Modèle standard", le plan élaboré depuis des décennies pour expliquer le "fonctionnement" de l'Univers, qui serait découverte.
O. D. — Est-ce si important de comprendre pourquoi les particules ont une masse?
P. H. — Cela revient à se demander pourquoi il faut accorder de l'importance à la physique des particules... Or les composants du Modèle standard ont été jusque-là si bien vérifiés, notamment au LEP (Large Electron Positron Collider, l'ancien accélérateur du CERN), qu'il serait difficile d'apprécier tous ces succès si ce crucial ingrédient manquant qu'est le boson de Higgs n'existait pas. Si tel était le cas, je ne comprendrais plus rien à rien...
O. D. — Quelles seraient alors les autres explications possibles?
P. H. — On pourrait trouver non pas une seule particule, mais une particule composite. Cette idée est même plus attrayante mathématiquement. De toute façon, toute découverte serait pour moi au mieux la fin d'un chapitre, une opération qui devrait permettre à mes collègues de porter leur attention au-delà de cette question.
O. D. — Quel est le prochain chapitre?
P. H. — Pour le LHC, la chose la plus intéressante serait de trouver des éléments étayant la théorie de la supersymétrie (qui postule qu'à chaque particule est associée une particule plus lourde; elle a pour objectif d'unifier toutes les forces fondamentales présentes dans l'Univers).
Par ailleurs, les cosmologistes tendent déjà à supposer que le boson de Higgs existe et l'utilisent dans leurs travaux. Désormais, ils butent sur les concepts de matière et d'énergie sombres qui rempliraient 96 % de l'Univers et dont on ne connaît quasiment rien. Or découvrir des particules supersymétriques permettrait d'avancer drastiquement dans ce domaine. Enfin, peut-être découvrira-t-on des traces de choses inconnues...
En sciences, et en physique surtout, on a l'impression que plus on ouvre de portes, plus les chemins se séparent. Certains parlent même de "crise" et demandent de tout reprendre depuis le début... Si les nouvelles questions qui se posent sont impossibles à résoudre dans le cadre des structures théoriques établies, oui, c'est une crise. Mais sinon, tout repose peut-être simplement sur l'écart qui sépare souvent les théories de la possibilité de les vérifier expérimentalement. Il ne faut donc pas tout jeter aux orties, tant certaines constructions théoriques ont été jusque-là magnifiquement démontrées. Au contraire, il faut être encore un peu plus intelligent et chercher ce qu'on a manqué dans tout cela.
Image: La signature tant attendue du boson de Higgs. Simulation informatique de la collision de particules (protons) qui prouverait l’existence du boson de Higgs. C’est ce type d’images qui sera activement recherché dans le futur accélérateur du Cern. © CERN / SPL / COSMOS.
