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D’où vient réellement la masse de la matière composant les objets de notre univers
Thomas Boisson 3 juin 2017 Depuis la découverte du boson de Higgs en 2012, il est courant de lire que ce dernier est l’explication principale de la masse de toute la matière classique qui nous entoure. Or, il s’agit d’une affirmation erronée.



En effet, le boson de Higgs n’est pas à l’origine de la masse de notre environnement. Quelle est alors la véritable source de la masse de tous les objets qui nous environnent, des atomes jusqu’aux étoiles les plus massives ?

Retour sur le boson de Higgs

Le 4 juillet 2012, le CERN annonce avoir identifié le boson de Higgs au LHC avec une fidélité de 99,99997 %. L’année suivante, en 2013, le prix Nobel de physique est accordé à Peter Higgs et François Englert. La découverte est importante, puisque le boson de Higgs et son champ associé viennent compléter une partie manquante essentielle du Modèle Standard des particules. Le mécanisme de Brout-Englert-Higgs (BEH) offre une explication à la séparation des interactions électromagnétiques et nucléaires faibles en conférant une masse aux bosons W/Z.

Afin de comprendre le mécanisme BEH, il est nécessaire de faire la différence entre le champ de Higgs et le boson de Higgs. Le champ de Higgs, comme les autres champs quantiques du Modèle Standard, est un champ présent en chaque point de l’espace. Le boson de Higgs, quant à lui, est l’excitation de ce champ. À l’image d’une secousse provoquant des ondes à la surface de l’eau.

Plus précisément, il s’agit du paquet d’énergie, le quanta, associé à une excitation du champ de Higgs ; comme le photon est le paquet d’énergie associé au champ électromagnétique. Le champ de Higgs existe donc indépendamment du boson de Higgs ; comme un lac existe sans ses ondes de surface.

Lorsqu’une particule élémentaire interagit avec le champ de Higgs, elle acquière sa masse. Actuellement, l’on suppose que le mécanisme BEH confère leur masse aux leptons (électrons, muons, neutrinos…), aux quarks et aux bosons W/Z. Selon l’intensité du couplage entre une particule élémentaire et le champ de Higgs, la masse sera différente.

En réalité, à la lumière du fonctionnement du mécanisme BEH, il serait plus correct de dire que les particules acquièrent leur inertie ; puisque le champ de Higgs baigne l’ensemble de l’espace, selon son couplage avec celui-ci, une particule aura plus ou moins de difficulté à se déplacer à l’intérieur. À l’inverse, certaines particules élémentaires n’interagissent pas du tout avec le champ de Higgs. C’est le cas du photon ou encore du gluon, qui possèdent tous deux une masse théoriquement nulle.

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foule champ de higgs analogie
Analogie expliquant le mécanisme de Higgs : le champ de Higgs est comme une foule dense, certaines personnes (particules) peuvent la traverser sans trop de difficulté (inertie faible = masse faible) tandis que d’autres auront bien plus de difficultés pour se déplacer à l’intérieur (inertie élevée = masse élevée). Crédits : Université de Laval
Suite à ces quelques explications, l’on comprend donc que le boson de Higgs ne joue aucun rôle dans l’acquisition de leur masse par les particules. Cette masse est uniquement conférée par le champ de Higgs, par l’interaction des particules élémentaires avec lui. En outre, aujourd’hui, le champ de Higgs se trouve dans son état de plus basse énergie, c’est-à-dire que son « activité quantique » est extrêmement faible.

De temps à autre, un boson de Higgs apparaît spontanément puis disparaît quasiment aussitôt selon le principe d’indétermination d’Heisenberg, de la même manière que les autres particules virtuelles du vide quantique. Dès lors, à moins de dégager suffisamment d’énergie pour le « forcer » à apparaître (c’est ce qu’il se passe lors des collisions de particules au LHC), le boson de Higgs est aux abonnés absents depuis plusieurs milliards d’années.



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