Le boson W fête ses 40 ans | CERN

Il y a quarante ans aujourd’hui, les physiciens du CERN annonçaient au monde qu’ils avaient découvert le porteur électriquement chargé de la force faible, l’une des quatre forces fondamentales de la nature

Il y a exactement quatre décennies aujourd’hui, le 25 janvier 1983, des physiciens du CERN annonçaient au monde qu’ils avaient observé une nouvelle particule élémentaire : le boson W. Avec son homologue électriquement neutre, le boson Z, qui a été découvert plus tard dans la même année, le boson W chargé électriquement assure la médiation de la force faible, l’une des quatre forces fondamentales de la nature.

Grâce à cette force, le boson W permet la réaction de fusion nucléaire qui alimente le Soleil, sans laquelle la vie telle que nous la connaissons ne serait pas possible. Le boson W est également responsable d’une forme de radioactivité, appelée désintégration bêta radioactive, largement utilisée en médecine.

La découverte du boson W est le résultat d’une idée proposée en 1976 par Carlo Rubbia, Peter McIntyre et David Cline. Le trio de physiciens a proposé de convertir le plus grand accélérateur du CERN à l’époque, le Super synchrotron à protons (SPS), d’un accélérateur de protons à une machine à faire entrer en collision des protons et des antiprotons (les protons antimatière équivalents) à une énergie suffisamment élevée pour produire les bosons W et Z. Avec l’ingénieux “refroidissement stochastique” technique, qui a permis de réduire la taille et d’augmenter la densité d’un proton et, plus tard, d’un faisceau d’antiprotons, cette idée audacieuse a permis la UA1 et UA2 expériences qui ont été construites autour du SPS converti pour commencer la chasse aux bosons W et Z en 1981.

Deux ans plus tard, lors d’un séminaire tenu le 20 janvier 1983 à l’Auditorium principal du CERN, Rubbia, porte-parole de la collaboration UA1, révélé six événements de collision candidats pour le boson W. L’après-midi suivant, Luigi Di Lella de la collaboration UA2 a présenté quatre événements W candidats et, le 25 janvier 1983, le CERN livré la nouvelle de la découverte de la nouvelle particule au monde.

Et comme si cela ne suffisait pas à célébrer et couronner le succès du SPS converti, la découverte du boson W fut suivie quelques mois plus tard par celle du Boson Zdes preuves indirectes avaient été obtenues une décennie plus tôt au CERN Gargamelle chambre à bulles.

Les observations des bosons W et Z ont en outre confirmé la théorie de l’interaction électrofaible qui unifie les forces électromagnétiques et faibles et demandes l’existence de la le boson de Higgsqui a été trouvé au Grand collisionneur de hadrons (LHC) en 2012. Développé dans les années 1960 par Sheldon Glashow, Abdus Salam et Steven Weinberg et cimenté dans les années 1970 par Gérard ‘t Hooft et Martinus Veltmancette théorie est maintenant une pierre angulaire de la Modèle standard de la physique des particules.

Les découvertes W et Z ont été reconnues avec le Prix ​​Nobel de physique 1984 pour Rubbia et Van der Meer, et a aidé à obtenir la décision de construire le prochain grand accélérateur du CERN, le Grand collisionneur électron-positon (LEP), qui a ensuite étudié en détail les bosons W et Z.

Quarante ans plus tard, et après de nombreuses recherches au LEP et dans d’autres collisionneurs, dont le LHC, les bosons W et Z continuent de montrer leurs raies et offrent aux physiciens de nouvelles façons d’explorer les propriétés et le comportement de la matière aux plus petites échelles.

Pour donner quelques exemples, en 2021, le ATLAS collaboration a signalé la observation de la rare production simultanée de trois bosons W, et CMS obtenu un mesure de haute précision de la transformation des bosons Z en particules invisibles. Et en 2022, sur la base des données recueillies par l’ancien Tévatron accélérateur, la collaboration CDF annoncé la mesure la plus précise jamais réalisée de la masse du boson W. Cependant, la valeur de masse du boson CDF W est en tension avec les résultats précédentsdont la première au LHC par ATLAS et LHCb, nécessitant de nouvelles mesures avec une précision accrue.

Les recherches sur ces facettes et d’autres des bosons W et Z se poursuivront au LHC et sa mise à niveau prévue, le LHC à haute luminosité.

Carlo Rubbia, porte-parole de la collaboration UA1, révélant six événements candidats du boson W lors d’un séminaire le 20 janvier 1983. (Vidéo : CERN)

Lis le Article du Courrier CERN souvenir de la découverte de la particule.

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