Moteur de recherche

 

Espace presse

Paris, 10 juin 2004

Déterminer la masse du quark top pour approcher le boson de Higgs

Le boson de Higgs, pierre angulaire de la théorie du « modèle standard » de la physique des particules, établie il y a 20 ans, n'a encore jamais été observé. Il est activement recherché par la collaboration internationale D0 qui rassemble près de 600 physiciens de 19 pays, dont la France avec la participation de laboratoires de l'Institut national de physique nucléaire et de physique des particules du CNRS (IN2P3) et du département d'astrophysique, de physique des particules, de physique nucléaire et de l'instrumentation associée du CEA (Dapnia) (1). Dans le cadre de cette recherche, les scientifiques viennent ainsi d'effectuer une nouvelle détermination de la masse du quark top, qu'ils présentent dans la revue Nature du 10 juin 2004, avec une précision améliorée de 60 % par rapport aux mesures précédentes. Cette valeur leur a permis d'estimer la valeur la plus probable de la masse du boson de Higgs et d'augmenter ainsi leur chance de le débusquer.

Le Modèle Standard est un cadre théorique qui décrit, avec succès, l'univers comme étant constitué de particules élémentaires de matière, les fermions, interagissant par l'échange de particules dénommées « messagers ». Les fermions, que les physiciens caractérisent d'un « spin 1/2 », sont : 3 leptons chargés (du plus léger au plus lourd : électron, muon, tau), 3 leptons neutres (neutrinos associés aux leptons chargés) et 6 quarks (du plus léger au plus lourd : up, down, strange, charm, bottom et top). Les particules « messagers » sont des particules de spin 1, appelées bosons de jauge. Les gluons, par exemple, sont les messagers de l'interaction forte, ressentie par les quarks et qui assure la cohésion des noyaux des atomes.

Toutes les particules de matière et tous les bosons de jauge ont été observés directement ou indirectement. Le dernier à l'avoir été est le quark top : en mars 1995, grâce au Tevatron situé au Fermi National Accelerator Laboratory (près de Chicago, États-Unis), l'accélérateur de particules le plus puissant au monde et le seul capable de produire des quarks top, les scientifiques de deux grandes collaborations internationales, CDF et D0 (2), annonçaient sa découverte et estimaient sa masse à 175 GeV/c2 (3), soit autant que celle de 190 protons ou que celle d'un noyau d'atome d'or !

 

En plus des particules de matière et des bosons de jauge, le Modèle Standard prévoit l'existence d'une autre particule, le boson de Higgs, de « spin 0 », qui n'a encore jamais été observé mais dont le rôle est fondamental. En effet, le champ qui lui est associé, et qui serait présent partout dans l'Univers, fournit un mécanisme permettant d'expliquer comment les particules de matière acquièrent leur masse. Cependant, le Modèle Standard, est incapable de prédire la valeur du boson de Higgs, dont une estimation serait très utile pour pouvoir le rechercher efficacement et vérifier la consistance de la théorie en cas d'observation.

 

 

La collaboration D0 a donc repris les données disponibles, contenues dans les événements enregistrés lors de sa première campagne (1992-1996), afin de les analyser à l'aide une nouvelle méthode utilisant davantage d'information du processus physique de la production et de la désintégration du quark top. Les scientifiques ont ainsi réussi à augmenter d'environ 60 % la précision sur la mesure de la masse de ce dernier. Cette nouvelle valeur de la masse du quark top, 179 GeV/c2, associée à d'autres résultats de mesures de précision, a permis d'estimer la valeur la plus probable de la masse du boson de Higgs à 123 GeV/c2, une valeur cohérente avec celle de 114 GeV/c2, déterminée auparavant comme limite inférieure de cette masse.

 

 

C'est en 1998 que les physiciens de l'IN2P3 (CNRS) ont rejoint la collaboration D0, à laquelle participaient déjà ceux du Dapnia (CEA) depuis 1983, à la fois pour améliorer les capacités du détecteur de la deuxième série d'expériences qui a commencé en avril 2001 et pour analyser les nouvelles données. Dans le même temps, ils ont également participé à l'analyse des données de la campagne précédente dont les résultats sont présentés ici.

Si le boson de Higgs n'était pas découvert au Tevatron, il devrait l'être auprès du Large Hadron Collider (LHC), le Grand collisionneur de hadrons en cours de construction au CERN (près de Genève, Suisse), qui démarrera en 2007 et surpassera en puissance le Tevatron d'un facteur 7.

 


Notes :

(1) La «collaboration D0 » comprend sept équipes de l'IN2P3 du CNRS :
- le Centre de physique des particules de Marseille (CPPM) (CNRS et Université de la Méditerranée) ;
- l'Institut de physique nucléaire de Lyon (IPNL) (CNRS et Université Claude Bernard) ;
- l'Institut de recherches subatomiques (IReS) à Strasbourg (CNRS et Université Louis Pasteur) ;
- le Laboratoire de l'accélérateur linéaire (LAL) à Orsay (CNRS et Université Paris Sud) ;
- le Laboratoire de physique nucléaire et de hautes énergies (LPNHE) (CNRS et universités de Paris 6 et 7) ;
- le Laboratoire de physique corpusculaire de Clermont-Ferrand (CNRS et Université Blaise Pascal) ;
- le Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (LPSC) à Grenoble (CNRS, Université Joseph Fourier de Grenoble et Institut national polytechnique de Grenoble)
ainsi qu'une équipe du CEA/DAPNIA.

(2) CDF est l'abréviation du Collider Detector at Fermilab
L'appellation « D0 » provient de la position du détecteur qui se situe à l'intersection "D" des faisceaux de protons et antiprotons dans le collisionneur Tevatron.

(3) 1 GeV ou 1 Giga Electron Volt = 109 Electron Volt = 1 milliard d'Electron Volt ;
Electron Volt : unité d'énergie nécessaire à un électron pour franchir la différence de potentiel d'un Volt ;
c : vitesse de la lumière ; c2 : carré de la vitesse de la lumière ; c = 3 x 108 m/s ;
1 GeV/c2 = 1,78 x 10-7 kg. La masse du quark top est donc de 0,000 000 000 000 000 000 000 000 320 kg !

Références :

“A precision measurement of the mass of the top quark” Nature, 10 juin 2004.

Contacts :

Contacts chercheurs :
- Elemer Nagy, responsable du groupe D0
au Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM)
nagy@cppm.in2p3.fr
Tél : 04 91 82 72 73

- Eric Kajfasz, CPPM,
porte-parole de la communauté D0-IN2P3
kajfasz@cppm.in2p3.fr


Contact communication IN2P3 :
Dominique Armand
mél : darmand@admin.in2p3.fr
Tél : 01 44 96 47 51

Contact presse CEA :
Karine Schwartz
Karine.schwartz@cea.fr
Tél : 01 40 56 14 88

Contact presse CNRS :
Magali Sarazin
magali.sarazin@cnrs-dir.fr
Tél : 01 44 96 46 06


Haut de page

Derniers communiqués
Toutes disciplines confondues

Retour à l'accueilContactcreditsCom'Pratique