L’effet de Higgs a été théorisé pour la première fois en 1968 par les auteurs des papiers de rupture de symétrie PRL. En 1964, trois équipes ont écrit des articles scientifiques qui proposaient des approches connexes mais différentes pour expliquer comment la masse pouvait apparaître dans les théories de jauge locales.

En 2013, le boson de Higgs, et implicitement l’effet de Higgs, ont été provisoirement prouvés au Grand Collisionneur de Hadrons (et le boson de Higgs a été découvert le 4 juillet 2012). L’effet a été considéré comme la recherche d’une pièce manquante du modèle standard.

Selon la théorie de la jauge (la théorie sous-jacente au Modèle standard), toutes les particules porteuses de force doivent être sans masse. Cependant, les particules de force qui médient la force faible ont une masse. Cela est dû à l’effet de Higgs, qui brise la symétrie SU(2); (SU signifie unité spéciale, un type de matrice, et 2 fait référence à la taille des matrices impliquées).

Une symétrie d’un système est une opération effectuée sur un système, telle que la rotation ou le déplacement, qui laisse le système fondamentalement inchangé. Une symétrie fournit également une règle sur la façon dont quelque chose doit toujours agir à moins qu’une force extérieure n’agisse. Un exemple est un cube de Rubik. Si nous prenons un Rubik’s cube et le brouillons en faisant les mouvements que nous voulons, il est toujours possible de le résoudre. Puisque chaque mouvement que nous effectuons laisse toujours le Rubik’s cube résoluble, nous pouvons dire que ces mouvements sont des « symétries » du Rubik’s cube. Ensemble, ils forment ce que nous appelons le groupe de symétrie du Rubik’s cube. Faire l’un de ces mouvements ne change pas le puzzle, le laissant toujours résoluble. Mais, nous pouvons briser cette symétrie en faisant quelque chose comme démonter le cube et le remettre ensemble d’une manière complètement fausse. Peu importe les mouvements que nous essayons maintenant, il n’est pas possible de résoudre le cube. Briser le cube et le remettre ensemble de la mauvaise manière est la « force extérieure »: Sans cette force extérieure, rien de ce que nous faisons au cube ne le rend insoluble. La symétrie du Rubik’s cube est qu’il reste résoluble quels que soient les mouvements que nous effectuons, tant que nous ne démontons pas le cube.

Création du boson de Higgs

La façon dont la symétrie SU(2) est brisée est connue sous le nom de « rupture spontanée de symétrie ». Spontané signifie aléatoire ou inattendu, les symétries sont les règles qui sont modifiées, et la rupture fait référence au fait que les symétries ne sont plus les mêmes. Le résultat de la rupture spontanée de la symétrie SU(2) peut être un boson de Higgs.

Le soi-disant « Potentiel du Chapeau mexicain »

Raison de l’effet de Higgs

L’effet de Higgs se produit parce que la nature « tend » vers l’état d’énergie le plus bas. L’effet de Higgs se produira parce que les bosons de jauge près d’un champ de Higgs voudront être dans leurs états d’énergie les plus faibles, ce qui briserait au moins une symétrie.

Pour justifier de donner de la masse à une particule sans masse, les scientifiques ont été obligés de faire quelque chose qui sort de l’ordinaire. Ils ont supposé que les vides (espace vide) avaient en fait de l’énergie, et de cette façon, si une particule que nous considérons comme sans masse devait y pénétrer, l’énergie du vide serait transférée dans cette particule, lui donnant une masse. Un mathématicien nommé Jeffrey Goldstone a prouvé que si vous violez une symétrie, (par exemple, une symétrie avec un cube de Rubik serait si vous affirmez que les coins doivent toujours être tournés 0 ou 3 fois pour être résolubles (cela fonctionne)), une réaction se produira. Dans le cas du cube Rubik, le cube deviendra insoluble s’il est violé. Dans le cas du champ de Higgs, quelque chose nommé d’après Jeffrey Goldstone (et un autre scientifique qui a travaillé avec lui nommé Yoichiro Nambu) est produit, un boson de Nambu-Goldstone. Il s’agit d’une forme excitée ou énergétique du vide, qui peut être représentée graphiquement en révélant celle montrée ci-dessus. Cela a d’abord été expliqué par Peter Higgs.