155 - le hic du champ de higgs

EXTRAIT D’ARTICLE

Commençons par expliquer ce qu’est un champ. Pour un physicien, c’est la donnée en tout point de l’espace d’un ou plusieurs nombres décrivant une réalité physique donnée. Prenons le cas de l’atmosphère à la surface de la Terre. En tout point, un thermomètre ou un baromètre permet d’observer et de définir une température et une pression. Il existe donc un champ de température et un champ de pression.

Mais dans l’atmosphère, il existe aussi du vent. Pour le caractériser, on utilise des anémomètres qui mesurent une vitesse dans une direction et un sens donnés en chaque point de la Terre (idéalement bien sûr). Une direction, un sens et une intensité d’une grandeur, comme la vitesse, c’est un vecteur pour un physicien. On a donc défini un champ de vecteur.

Tout comme dans l’air, on peut définir ces quantités dans l’océan et à la surface des océans. On peut aussi parler de champ de densité de l’air et de l’eau. Dans l’eau et dans l’air, des chocs génèrent des ondes sonores qui sont des variations des champs de pression. Si l’on fait tomber une pierre à la surface de l’eau, des ondes vont être produites. Quand elles atteindront un bouchon flottant pas trop loin du point de chute de la pierre, elles provoqueront le mouvement du bouchon. Si celui-ci est trop loin, les ondes auront eu le temps de se dissiper complètement et aucun mouvement n’en résultera.

Pour les physiciens, il existe certains champs fondamentaux qui ne sont pas, comme pour les ondes sonores, le vent ou les vagues, des mouvements ou des oscillations d’un milieu matériel mais bien ce dont sont construites la matière et les forces agissant sur la matière.

Les particules, les paquets d'énergie des champs en mouvements

Si l’on prend l’exemple de l’eau au repos dans une piscine, lorsqu’une onde sonore ou une onde de surface se produit suite à la chute d’un caillou, ces ondes transportent de l’énergie. Mais en l’absence de ces ondes, l’eau est tout de même bel et bien là. La physique quantique nous apprend que l’énergie des ondes se présente sous forme de paquets discrets, des quanta d’énergie. Dans le cas d’une onde électromagnétique, ces paquets sont des photons. Dans le cas du son dans un solide, ces paquets sont des phonons et pour une onde dans un champ électronique, ces paquets sont des électrons ou des positrons.

On peut maintenant comprendre ce que les physiciens veulent dire lorsqu’ils affirment que l’existence du champ de Higgs donne une masse aux particules élémentaires. Prenons toujours l’exemple de la piscine et établissons un dictionnaire d'analogies. LE CHAMP DE HIGGS SERA L'EAU DANS LA PISCINE ET LE BOSON DE HIGGS SERA LE QUANTA D’ENERGIE DES ONDES DANS LE CHAMP DE HIGGS TOUT COMME IL PEUT Y AVOIR DES ONDES SONORES QUAND DEUX NAGEURS SE HEURTENT DANS LA PISCINE.

Selon la taille et la forme d’un objet, il sera plus ou moins facile de le mettre en mouvement dans l’eau. Or, la masse, ou encore de manière plus précise l’inertie d’un objet, est bien une certaine mesure de la difficulté que l’on a à mettre en mouvement, à déplacer cet objet. Ainsi, dans un certain sens, ces objets ont une masse parce qu’ils interagissent avec l’eau.

Or, rappelons-le, dans le dictionnaire que l’on a établi précédemment, le champ de Higgs est l’eau, le boson de Higgs est le quanta d’énergie d’une onde sonore ou d’une onde de surface, une vague, sur l’eau. On comprend maintenant qu’il est absurde de dire qu’un objet peine à se déplacer dans l’eau, qu’il a une masse, parce qu’il y a des ondes sonores. C’est d’autant plus faux que le phénomène existe même quand il n’y a aucune onde sonore.

Résumons : ce n’est pas le boson de Higgs mais bien le champ de Higgs qui peut servir à expliquer la masse de particules. En général, il n'existe pas de bosons de Higgs autour de nous, notamment car ils sont trop lourds. Tout comme pour des ondes sonores ou des vagues dans une piscine, il faut des chocs entre des particules (dans le cas du LHC, des protons) pour exciter le champ de Higgs et donc fabriquer des bosons de Higgs.

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences

COMMENTAIRES

Cet article a l’immense mérite de présenter clairement le champ et le boson de Higgs en usant de comparaisons nécessaires entre divers milieux matériel (l’eau, l’air). Tout paraît limpide à cet inconvénient majeur près : le champ de Higgs n’est pas constitué par un milieu homogène puisque il a pour origine le vide du vide. En effet, pour produire des ondes qui vont constituer un champ, encore faut-il qu’existe une substance constituant un milieu qu’un corps puisse mettre en mouvement.

Comment dans cet article la disparition de tout milieu est-elle opérée ? On commence par définir un champ pas un nombre (Pour un physicien, c’est la donnée en tout point de l’espace d’un ou plusieurs nombres décrivant une réalité physique donnée). Puis ces ondes sont assimilées à de l’énergie (ces ondes transportent de l’énergie) et enfin on les matérialise (La physique quantique nous apprend que l’énergie des ondes se présente sous forme de paquets discrets, des quanta d’énergie. Dans le cas d’une onde électromagnétique, ces paquets sont des photons) Ainsi, les champs sont-ils composés de paquets de photons dont on peut se demander quelle est l’origine. La réponse est évidente : le champ de Higgs qui préexiste à ces photons puisqu’il faut bien qu’ils surgissent de quelque part et ainsi la circularité du raisonnement est parfaite.

Ici, l’utilisation d’une métaphore avec un milieu matériel ne relève pas d’un procédé didactique mais se trouve être absolument indispensable. TOUTE LA DEMONSTRATION CONSISTERA  ENSUITE A FAIRE DISPARAITRE CE MILIEU. Pourquoi est-ce nécessaire ? Parce qu’il est impossible à la physique d’origine einsteinienne d’aborder le « contenu » de l’espace en tant que tel comme contenant une substance constitué en milieu homogène. Un champ n’est donc pas un simple objet mathématique mais doit avoir une effectivité physique, ce qui suppose qu’il soit composé d’un « quelque chose ». Le champ de Higgs qui fonctionne comme un principe d’inertie est de fait constitué de prématière dont nous avons ici décrit les propriétés.