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  • A propos du boson de Higgs.

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 #18594    par bongo
 jeudi 5 juillet 2012 à 14:22
MIMATA a écrit :Mais alors...le vide n'est pas vide ?! Y-43
Je pense que tu le sais, mais ça vaut le coup de vulgariser un peu :
Dans les concepts il y a plusieurs types de vide.

Sens usuel
Dans le langage courant, quand on dit que quelque chose est vide (frigo, trousse, ventre), c’est que l’on suppose que ce contenant doit normalement contenir quelque chose (yaourt fruits légumes, stylos, aliments) et ne sont pas présents.

Sens physique
En physique, on a longtemps supposé que le vide n’existait pas (tout le monde se rappelle de la citation « la nature a horreur du vide »), jusqu’à ce que l’on illustre de manière spectaculaire le vide que Toricelli a pu créer (sphère de Mongebourg un truc comme ça). Donc en physique, mais je dirais plutôt chimie (puisque c’est ce principe utilisé pour les pompes à vide), le vide ne contient pas de matière solide, mais il ne contient pas non plus de gaz.

Sens physique classique
C’est le vide chimique amputé de tout ce qui est rayonnement. Donc un endroit vide toute énergie.

Sens physique quantique
Il est démontré en physique quantique qu’une particule est décrite par un champ. Donc l’espace est rempli de champs de plusieurs types de particules. Ce champ a une certaine énergie, qui peut dépendre du point de l’espace et de l’instant. Cependant, les inégalités de Heisenberg interdisent un champ d’avoir une valeur strictement nulle partout, plus on regarde de près et rapidement, et plus les fluctuations que l’on voit peuvent être très violentes. Donc dans une enceinte, même si on enlève la matière le rayonnement etc… ce vide n’est jamais vide au sens classique. Ce vide est toujours remplit de ces champs fluctuants que l’on appelle particules virtuelles.

En d’autres termes, de ci de là, il y a des paires de particule, anti particule qui se crée, puis qui s’annihile et disparaissent sans pouvoir être détectés.

MIMATA a écrit :Le champs de Higgs est donc ce que j'appelle "le tissus de l'espace-temps" et le Boson est la particule qui permet à une autre particule d'interagir avec ce champs de Higgs et d’acquérir une masse pour devenir de la matière c'est ça ?
Je ne pense pas que le champ de Higgs soit l’espace-temps… en tout cas, dans la conception de Higgs et des autres contributeurs. Etant donné que ce champ a été créé dans le formalisme de la mécanique quantique, c’est un champ qui existe dans un espace prédéfini. Il se trouve que la valeur de ce champ est non nulle à basse énergie.

En mécanique quantique, à chaque champ correspond un quantum du champ, par exemple, au champ électromagnétique est associé le quatum du champ : le photon.
Pour le champ de Higgs, c’est ce fameux boson de Higgs.

En passant, un boson est une particule de moment cinétique intrinsèque qui est un multiple entier de la constante de Planck réduite (pour le boson de Higgs, c’est un boson scalaire, donc de spin nul, ou bien en d’autres termes, invariants par rotation d’espace).

Ensuite… le fameux 5 sigmas, c’est l’écart-type par rapport à un bruit blanc gaussien. Il faut comprendre qu’en MQ si on reproduit une expérience à l’identique (condition initiale), on n’obtient pas forcément le même résultat, c’est le caractère probabiliste de la MQ.
Donc si on prend un proton rentrant en collision avec un proton à une énergie donnée, on peut obtenir pas mal de choses (tout dépend de l’énergie de seuil), plus l’énergie est élevée, plus on obtient de possibilité :
- proton proton (diffusion tout simplement)
- proton proton + 2 photons
- proton proton + électron positron
- …
- A partir d’un certain seuil on peut obtenir un Higgs

Donc à chaque produit que j’ai cité, c’est associé une probabilité que l’on ne peut contrôler. Il faut donc produire assez d’évènements pour être sûr d’avoir produit un Higgs.
De plus, ce Higgs pour ne pas arranger les choses est très instable, et il se désintègre de plusieurs façon :
- photon photon
- 2 leptons avec jet ou pas
- 4 leptons avec jet ou pas etc…

Donc le truc c’est de voir ces évènements pour être sûr qu’on a affaire à un boson scalaire. Sauf qu’on peut observer 2 leptons issus d’autres évènements qui n’ont rien à voir. C’est pourquoi il est important de mesurer l’énergie de ces leptons, ceci permet de voir si la distribution en énergie de ces leptons est un pur hasard (dans ce cas, il ne peut y avoir de pic à 126 GeV), ou bien il y a bien un pic à 126 GeV et dans ce cas, c’est comme si tu lançais des dés, si tu lances 2 fois les dés, et tu obtiens un double 6, tu ne sais pas si ce sont des dés normaux (dans ce cas la proba d’avoir 2 fois un double 6 est 1/36²), soit ce sont des faux dés (il n’y a que des 6 sur les faces) et dans ce cas, tu vas forcément faire que des double 6.

Tu es d’accord qu’en lançant une fois les dés tu ne peux pas savoir. Par contre pour avoir 5 sigmas de certitude, c’est comme si à chaque fois que tu les lances, tu vois un double 6 et ce plusieurs fois consécutives (je n’ai pas calculé).
yoyo a écrit :Bonne question Mimata

La notion même du vide au sens premier est à nos yeux impossible à définir.
Le vide reste très loin de la conception fondamentale que nous nous faisons de l'Univers fait en grande partie de vide, mais aussi d'énergie et (ou) de matière, et puis aussi de . . . ?
Effectivement.
yoyo a écrit :Un énorme champ scalaire à nos yeux car le champ de Higgs n'est pas fait de rien dans ce vide cosmologique.
Le boson de Higgs intervient pour que ces forces puissent interagir afin de ne pas les faire ressembler à une grande soupe sans substance.
Il faut en toute logique qu'il y ait une particule qui unifie l'electromagnétisme et l'interaction faible.
Non pas exactement.
En fait il faut comprendre qu’au XXème siècle, les fondements de la physique ont été bousculés. On pensait avoir compris la gravitation, et l’électromagnétisme, mais ce n’est pas vrai. A cela il fallait rajouter 2 autres forces nucléaires.

C’est pourquoi le travail des physiciens a été de travailler sur ces sujets pour avoir une description cohérente du monde.

Il se trouve que la compréhension de l’électromagnétisme a franchi un pas avec Feynman (Tomonaga et Schwinger, et on oublie souvent Dyson si ma mémoire est bonne), qui a montré que si on change la phase de la fonction d’onde, pour que les lois restent identiques (en fait c’est le Lagrangien), alors un champ (on parle de connexion) doit apparaître qui a exactement les propriétés du champ électromagnétique. On appelle cela une invariance de jauge locale (la phase change n’importe comment, c’est une fonction de l’espace, si on change la phase identiquement en tout point, on obtient la même chose, l’autre implication c’est la conservation de la charge électrique mais ne nous étendons pas). Ici on parle du groupe de transformation U(1) (c’est un groupe de Lie, mais c’est trop long pour en parler ici).

Il se trouve qu’il y a un autre nombre qui a aussi ce genre de symétrie : l’isospin (qui a été introduit pour décrire le nucléon comme étant deux aspects d’une même particule : le proton et le neutron). Il se trouve que si l’on tourne n’importe comment cet isospin, les lois devraient rester pareilles, hors l’isospin est un objet qui a une structure « spinorielle » régit par le groupe de Lie SU(2). Donc il était naturel de baser la transformation de jauge sur ce groupe. Ce groupe a 3 générateurs et doit correspondre à 3 particules vecteurs (3 bosons, qui seront découverts en 1983 et 1984 les bosons W et Z au CERN).

Donc on a d’un côté la théorie quantique des champs, de l’autre les groupes de Lie, et les deux marchent ensembles que si les particules vecteurs des forces ont une masse nulle. Donc… ça ne doit pas marcher… (certes le photon a une masse nulle, mais les 3 autres ont une masse très très élevées, 90 fois celle du proton) et pourtant le formalisme GSW (pour Glashow Sheldon et Weinberg) permet de décrire les interactions faibles et électromagnétique.

Pour faire le forcing… il faut supposer que ces particules ont une masse nulle, mais quelque chose vient rajouter de la masse aux bosons W et Z et non au photon. C’est pourquoi Higgs, Brout et Englert ont inventé ce mécanisme qui introduit 4 champs supplémentaires, 3 d’entre eux intéragissent avec les 3 bosons massifs leur conférant une certaine masse, mais le dernier n’interagit pas avec le photon lui laissant une masse nulle. Seul ce dernier devait être observable.

A haute énergie ce champ a une valeur nulle, et les masses de ces bosons sont nulles, faisant apparaître la symétrie électro-faible (l’interaction faible et électromagnétique deviennent la même chose), et basse énergie, ce champ ayant une valeur brise spontanément la symétrie et donne le monde que l’on connaît.

Après je peux continuer sur le même genre de construction pour parler des modèles SU(5) ou SO(10) pour unifier l’interaction électro faible et nucléaire forte, mais ça ne marche pas très bien.
yoyo a écrit :A ce jour, nul n'est à même de dire si cela peut définir le tissus de l'espace-temps Minkowskien.
Le champ de Higgs aujourd’hui est plus ou moins parachuté, mais il se pourrait qu’il ait des connexions plus profondes avec la constante cosmologique et la structure de l’espace-temps. Cependant, ce n’est pas quelque chose qui est prévu pour l’instant dans le mécanisme de Higgs et le modèle standard.
yoyo a écrit :Cela n'empèche en rien que malgré le 5σ, de dire que la physique avance petit à petit pour notre plus grand bonheur de savoir plus.
Merci de m'avoir lu jusqu'au bout Y-8
 #18608    par curieux
 vendredi 6 juillet 2012 à 08:50
Quelque chose n'est pas bien clair pour moi
D'après ce que je comprends, la masse semble liée au mouvement de la particule dans un champ de Higgs, sorte de viscosité qui freinerait plus ou moins la particule.
Or la vitesse est indépendante de la masse (et inversement).
Par exemple, un électron proche du noyau a à priori la même masse qu'un électron éloigné du noyau (à plus faible énergie cinétique), non ?
Parle-t-on de la même vitesse, du même mouvement qu'une particule qui se déplacerait dans l'espace ?
Quid d'une particule immobile (si c'est possible), quelle est sa masse (infinie ??), comment cela se relie-t-il à la masse au repos ?
Si quelqu'un a des idées la dessus...
 #18610    par bongo
 vendredi 6 juillet 2012 à 09:40
curieux a écrit :Quelque chose n'est pas bien clair pour moi
D'après ce que je comprends, la masse semble liée au mouvement de la particule dans un champ de Higgs, sorte de viscosité qui freinerait plus ou moins la particule.
Pas tout à fait, c'est là que s'arrête l'analogie avec la neige...
Le champ de Higgs ne se manifeste pas en fonction de la vitesse de la particule. Voir ce champ comme une mer immobile est trompeuse.
Il faut voir ce champ comme visqueux quand on essaie d'accélérer une particule, c'est à ce moment que la masse se manifeste.
Si tu appliques une force, tu fois changer la vitesse de la particule, mais également de la horde de bosons de Higgs qui l'entoure (ça c'est pour imager) et plus il y en a (plus l'interaction est importante) et plus c'est difficile de changer la vitesse de la particule, c'est ça la masse.
curieux a écrit :Or la vitesse est indépendante de la masse (et inversement).
oui
curieux a écrit :Par exemple, un électron proche du noyau a à priori la même masse qu'un électron éloigné du noyau (à plus faible énergie cinétique), non ?
Parle-t-on de la même vitesse, du même mouvement qu'une particule qui se déplacerait dans l'espace ?
Quid d'une particule immobile (si c'est possible), quelle est sa masse (infinie ??), comment cela se relie-t-il à la masse au repos ?
Si quelqu'un a des idées la dessus...
Une particule n'est jamais au repos, elle est toujours en mouvement par rapport à quelque chose, c'est le principe de relativité, il n'y a aucun état de repos privilégié.
 #18613    par curieux
 vendredi 6 juillet 2012 à 11:22
Une particule n'est jamais au repos, elle est toujours en mouvement par rapport à quelque chose, c'est le principe de relativité, il n'y a aucun état de repos privilégié.


oui une particule n'est jamais au repos... mais alors qu'entend-on par masse au repos ?.. est-ce purement conceptuel.. est ce que c'est pour signifier la partie non relativiste de la masse ?
la notion de masse serait donc intimement liée à la notion de mouvement.. sans mouvement, pas de masse, alors ?
au niveau macroscopique, la masse grave d'un objet est due aux mouvements des particules élémentaires qui le composent, dans le vide quantique ?
 #18616    par bongo
 vendredi 6 juillet 2012 à 23:00
curieux a écrit :oui une particule n'est jamais au repos...
Non il y a une petite nuance... il faut préciser le référentiel, c'est à dire par rapport à quoi ?
Je suis assis dans un train, ma vitesse est de 250 km/h par rapport aux voies. Par contre, je suis bien au repos par rapport à la personne assise à côté de moi dans le même train.
curieux a écrit :mais alors qu'entend-on par masse au repos ?..
La masse au repos c'est la masse mesurée dans un référentiel ou le corps est au repos.

En fait c'est impropre de parler de masse, aujourd'hui on parle plutôt d'inertie. (L'inertie augmente avec la vitesse, mais la masse reste invariante).
curieux a écrit :est-ce purement conceptuel.. est ce que c'est pour signifier la partie non relativiste de la masse ?
En relativité, la masse est une quantité invariante (dans d'anciens ouvrages on parle effectivement de masse, mais dans la dénomination moderne on parle d'inertie).
curieux a écrit :la notion de masse serait donc intimement liée à la notion de mouvement.. sans mouvement, pas de masse, alors ?
non
En relativité, si une particule a une masse nulle, alors elle voyage à la vitesse de la lumière quelque soit le référentiel.
curieux a écrit :au niveau macroscopique, la masse grave d'un objet est due aux mouvements des particules élémentaires qui le composent, dans le vide quantique ?
La notion de masse est plutôt compliquée, je t'avoue qu'aujourd'hui on ne la comprend pas vraiment.
 #18626    par Vénus
 samedi 7 juillet 2012 à 13:46
Un petit rap pour fêter l'évènement.
[youtube]j50ZssEojtM#![/youtube]
http://www.youtube.com/watch?feature=pl ... 0ZssEojtM#!
(l'encadré [youtube] ne marche pas et ne marchera décidément jamais)