Le 25 janvier 1983, le Cern annonçait que la découverte du boson W prédit par une théorie unifiée des forces électromagnétique et nucléaire faible. C'est parce que le mécanisme de Brout-Englert-Higgs expliquait la masse de cette particule que la chasse au boson de Higgs a été lancée. La masse du boson W défie aujourd'hui la physique connue, ce que pourrait bientôt confirmer le LHC dans un futur proche.

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En 1967, Steven Weinberg et, peu de temps après, Abdus Salam publiaient leur théorie unifiée des forces électromagnétique et nucléaire faible. C'est le fameux modèle électrofaible, qui reprend en partie les travaux de Sheldon GlashowSheldon Glashow. On le désigne souvent comme le modèle de Glashow-Salam-Weinberg (GSW).

Lors d'une conférence de presse, le 25 janvier 1983, les physiciens du Cern annonçaient la découverte du boson W. On reconnaît, de gauche à droite, Carlo Rubbia et Simon van der Meer. © Cern

Il utilise de façon essentielle le mécanisme Brout-Englert-Higgs. Basé sur l'existence du champ de Higgs, ce modèle permet de doter d'une massemasse les bosons intermédiaires W et Z impliqués par la théorie. Sans ce mécanisme, ces bosons, équivalents des photonsphotons du champ de Maxwell, qui véhiculent les forces électrofaibles entre les quarks et lesquarks et les leptons, seraient sans masse et auraient une portée infinie comme les photons, ce qui fait qu'on les aurait détectés depuis longtemps.

En 1982, au Cern, une équipe de physiciens, dirigée par l’Italien Carlo Rubbia, réalise une des plus extraordinaires expériences de la physique contemporaine. L'objectif est de prouver l'existence de deux nouvelles particules subatomiques, les bosons W et Z, et de confirmer ainsi la théorie électrofaible proposée dans les années 1960 par Abdus Salam, Shelton Glashow et Steven Weinberg. © Cern, BBC Open University, YouTube

Les bosons W, des bosons massifs et chargés

Dès 1973, au CernCern, certaines prédictions du modèle GSW sont vérifiées, en l'occurrence l'existence des courants neutrescourants neutres qui doivent être une manifestation indirecte des bosons Z. Glashow, Salam et Weinberg reçoivent alors le prix Nobel de physiquephysique en 1979 mais les bosons W et Z, prédictions fondamentales de leur théorie, ne sont pas encore découverts directement.

Le physicien Carlo Rubbia se fait fort, peu de temps après, de découvrir ces bosons intermédiaires grâce à des collisions en accélérateur. Dès 1976, avec Peter McIntyre et David ClineCline, il propose de modifier dans ce but le plus grand accélérateur du Cern, le SPS, pour en faire un collisionneur à deux faisceaux, l'un de protons et l'autre d'antiprotonsantiprotons.

Une vue de l'impressionnant détecteur UA1. De 1982 à 1983, il a permis de prouver l'existence des bosons W et Z du modèle GSW. © Cern

Des collisions de protons et d'antiprotons

De cette façon, il devient possible d'atteindre les énergiesénergies nécessaires pour créer suffisamment de bosons W. Mais il f...
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