Vous pensez que le boson de Higgs explique la masse des corps dans l’univers, depuis les atomes jusqu’aux étoiles. C’est faux ! Vous pensez que vous nagez dans une mer de bosons de Higgs autour de vous. C’est faux. D’ailleurs, depuis 13,7 milliards d’années, les bosons de Higgs n’existent plus dans l’univers, si ce n’est de façon fugace… Vous n’y comprenez plus rien ? Voici de quoi vous éclairer avec des explications sur ce que l’on appelle le champ de Higgs et ses bosons, à l’occasion de l’anniversaire de la découverte du boson de Higgs au Cern le 4 Juillet 2012.

Il n’est pas facile d’expliquer vraiment ce qu’est le boson de Higgs, encore appelé boson de Brout-Englert-Higgs, et pourquoi il est si important pour les physiciens des particules élémentaires et même potentiellement pour les cosmologistes. Plusieurs images et analogies ont été proposées. Mais comme pour toutes les analogies, elles peuvent être trompeuses si on les prend au pied de la lettre. Examinons cela d’un peu plus près.

Précisons tout de suite. Il est faux de dire que le boson de Higgs explique la masse de la matière ordinaire. D’une façon ou d’une autre, il n’explique absolument pas la masse du Soleil, de la Terre ou des atomes qui composent les êtres humains. Il est incorrect et même faux dans un certain sens de dire que le boson de Higgs explique la masse des particules élémentaires. Tout comme il est faux de dire que l’univers est rempli de bosons de Higgs et que c’est en heurtant ces bosons que les particules de matière deviennent massives.

Il n’y a pas de boson de Higgs autour de nous, pour le moins, pas plus et pas moins que des paires d’électron-positron ou de minitrous noirs chargées surgissant et disparaissant du vide par suite des fluctuations quantiques.

« Mais alors on nous aurait menti ? » penseront sans doute bon nombre de lecteurs. Pas du tout ! Si vous lisez ou écoutez bien ce qui a été dit par la majorité des physiciens, c’est le champ de Higgs qui donne une masse aux particules élémentaires, pas le boson de Higgs. Mais pourquoi cela change-t-il tout et pourquoi cela n’explique toujours pas la masse des atomes et du Soleil ?

Un univers de champs
Pour le comprendre, il faut saisir la différence entre un champ et une excitation de champ, c’est-à-dire la différence entre l’océan et une vague sur l’océan ou encore l’eau d’une piscine et le son qui s’y propage.

Commençons par expliquer ce qu’est un champ. Pour un physicien, c’est la donnée en tout point de l’espace d’un ou plusieurs nombres décrivant une réalité physique donnée. Prenons le cas de l’atmosphère à la surface de la Terre. En tout point, un thermomètre ou un baromètre permet d’observer et de définir une température et une pression. Il existe donc un champ de température et un champ de pression.

Ces champs sont définis par des quantités dites scalaires. Pourquoi ce mot ? Tout simplement parce que scala en latin signifie « échelle », « escalier » et que bien sûr quand la température monte, le liquide dans un thermomètre grimpe le long des graduations comme on franchirait les barreaux d’une échelle.

Mais dans l’atmosphère, il existe aussi du vent. Pour le caractériser, on utilise des anémomètres qui mesurent une vitesse dans une direction et un sens donnés en chaque point de la Terre (idéalement bien sûr). Une direction, un sens et une intensité d’une grandeur, comme la vitesse, c’est un vecteur pour un physicien. On a donc défini un champ de vecteur.

Tout comme dans l’air, on peut définir ces quantités dans l’océan et à la surface des océans. On peut aussi parler de champ de densité de l’air et de l’eau. Dans l’eau et dans l’air, des chocs génèrent des ondes sonores qui sont des variations des champs de pression. Si l’on fait tomber une pierre à la surface de l’eau, des ondes vont être produites. Quand elles atteindront un bouchon flottant pas trop loin du point de chute de la pierre, elles provoqueront le mouvement du bouchon. Si celui-ci est trop loin, les ondes auront eu le temps de se dissiper complètement et aucun mouvement n’en résultera.

Pour les physiciens, il existe certains champs fondamentaux qui ne sont pas, comme pour les ondes sonores, le vent ou les vagues, des mouvements ou des oscillations d’un milieu matériel mais bien ce dont sont construites la matière et les forces agissant sur la matière. Les plus connus sont le champ électromagnétique ou le champ de gravitation. Mais il existe aussi des champs de matière à l’origine des électrons, des quarks et des neutrinos.

Les particules, les paquets d’énergie des champs en mouvements
Si l’on prend l’exemple de l’eau au repos dans une piscine, lorsqu’une onde sonore ou une onde de surface se produit suite à la chute d’un caillou, ces ondes transportent de l’énergie. Mais en l’absence de ces ondes, l’eau est tout de même bel et bien là. La physique quantique nous apprend que l’énergie des ondes se présente sous forme de paquets discrets, des quanta d’énergie. Dans le cas d’une onde électromagnétique, ces paquets sont des photons. Dans le cas du son dans un solide, ces paquets sont des phonons, et pour une onde dans un champ électronique, ces paquets sont des électrons ou des positrons.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/physique-non-boson-higgs-nexplique-pas-masse-soleil-39947/