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Le temps de vie du boson H mesuré pour la première fois

Publié le 25 octobre 2022 – Mis à jour le 25 octobre 2022

Dans un article paru ce jeudi 20 octobre dans la revue Nature Physics, la collaboration CMS au CERN, à laquelle le service de physique des particules élémentaires de l'ULB participe, présente une mesure du temps de vie du boson H découvert le 4 juillet 2012. C'est important car le temps de vie est directement lié aux modes possibles de désintégration. Par exemple, si le boson H se désintègre en particules nouvelles inconnues à ce jour, alors son temps de vie peut être plus petit que prévu. Ce n'est qu'un exemple et d'autres scénarios sont possibles.

La durée de vie prédite est d'environ 1,6.10-22 secondes. Cette durée est, d'une part, trop petite pour que le boson H parcoure une distance mesurable avant de se désintégrer. Elle est d'autre part trop grande pour que les fluctuations quantiques sur la masse du boson H, qui sont inversement proportionnelles au temps de vie selon le principe d'incertitude d'Heisenberg, soit mesurable. La mesure du temps de vie du boson H est donc un véritable challenge.

La méthode la plus prometteuse a été développée depuis plusieurs années entre autres par l'équipe du Prof. Pascal Vanlaer à l'ULB. Cette méthode consiste à mesurer le rapport du taux d'observation de bosons H produits avec leur masse nominale, au taux d'observation de bosons H dits virtuels, c'est-à-dire produits avec une masse très supérieure à leur masse nominale. Selon la théorie, ce rapport est directement proportionnel au temps de vie du boson H. La production d'une particule virtuelle est une autre manifestation du principe d'incertitude: une particule peut être produite avec une masse très différente de  sa masse nominale, pour autant qu'elle se désintègre en un temps très court.

En analysant une grande partie des données récoltées jusqu'ici par l'expérience CMS au CERN, les chercheurs ont obtenu la première mesure significative du temps de vie du boson H: (2,1+2,3-0,9).10^-22 secondes, compatible avec les prédictions du modèle théorique de référence de la physique des particules, le modèle dit "standard". Lors de cette analyse, la production de bosons H virtuels a été observée pour la première fois avec un degré de certitude élevé (moins de 3 chances sur 10000 que l'observation soit un artéfact). Le taux de production de bosons H virtuels que les chercheurs ont mesuré est compatible avec les prédictions du mécanisme de Brout-Englert-Higgs. C'est une observation très importante qui vient appuyer la description des interactions du boson H telle qu'elle faite par le modèle standard.

 

Contact scientifique

 Pascal Vanlaer, Unité de recherche en Physique des Particules élémentaires

 Faculté des Sciences, Université libre de Bruxelles

  E-mail : pascal.vanlaer@ulb.be GSM : sur demande