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Un champ de Higgs insuffisant

Le champ de Higgs confère donc leur masse aux particules élémentaires tels que les électrons, les quarks et les neutrinos. La quasi-totalité de la matière baryonique (c’est-à-dire la masse ordinaire, hors matière sombre) qui nous entoure, des grains de sable aux galaxies les plus massives, est constituée par les atomes, plus particulièrement par l’agencement de nucléons : les protons et les neutrons qui sont des particules dites « composites » car composées de particules élémentaires. Ceux-ci constituent le noyau atomique autour duquel se répartissent les électrons, l’ensemble nucléons-électrons formant l’atome.

Les masses du proton et du neutron sont respectivement de 938.272 MeV et 939.565 MeV (MeV pour méga électron-volt ; en effet, en physique des particules, la masse des particules est donnée par leur équivalent en énergie via la formule E=mc2). La masse de l’électron, quant à elle, est de 511 keV. Puisque 1 keV = 103 eV et 1 MeV = 106 eV, un rapide calcul montre donc que le proton et le neutron sont environ 1900 fois plus massifs que l’électron. L’électron n’est donc pas responsable de la masse globale de l’atome.



disposition quarks proton neutron
La disposition des quarks à l’intérieur d’un proton et d’un neutron. Crédits : fafnir.physast.edu
Les nucléons sont constitués de quarks, qui sont des particules élémentaires. Un proton est composé de deux quarks UP (charge électrique positive) et d’un quark DOWN (charge électrique négative). Un neutron est, lui, composé de deux quarks DOWN et d’un quark UP. Le quark UP possède une masse allant de 1.7 à 3.3 MeV ; le quark DOWN une masse allant de 4.1 à 5.8 MeV. Dans le cas du proton et du neutron, les trois quarks ne participent donc seulement respectivement qu’à hauteur d’environ 12.4 MeV sur 938 MeV et 14.9 MeV sur 940 MeV. Là encore, la masse des quarks ne permet pas d’expliquer la masse globale de l’atome.

Si le champ de Higgs n’est pas responsable de la plus grosse fraction de la masse de la matière environnante, alors quelle en est la source ?