Le terme « particule de Dieu » a été inventé par le physicien Leon Lederman en 1993 dans son ouvrage de vulgarisation scientifique The God Particule: If the Universe Is the Answer, What Is the Question? La particule à laquelle le titre fait référence est le boson de Higgs.

La particule qui porte aujourd’hui le nom de boson de Higgs n’a encore jamais été observée. Imaginé en 1964, le boson de Higgs, s’il est découvert, serait une pièce manquante cruciale du puzzle que représente le modèle utilisé par les physiciens pour décrire les particules élémentaires et leurs interactions : le modèle standard.

Qu’est ce que le boson de Higgs ?

Les théories et les découvertes de milliers de physiciens au cours du siècle dernier ont permis d’obtenir un aperçu remarquable de la structure fondamentale de la matière : on a découvert que tout dans l'Univers était fait de douze constituants de base appelés particules élémentaires, gouvernées par quatre forces fondamentales.

C’est le modèle standard de la physique des particules qui nous aide le mieux à comprendre la façon dont ces douze particules et dont trois des quatre forces élémentaires sont reliées entre elles. Élaboré dans les années 60 et 70, il a permis d'expliquer les résultats d’un grand nombre d’expériences et de prédire avec exactitude une grande variété de phénomènes. Avec le temps, et bien des expériences plus tard, le modèle standard s’est imposé comme une théorie ayant de solides fondements expérimentaux.

Peter Higgs au CERN en avril 2008. Photographie : Claudia Marcelloni

Dans les années 60, les physiciens commencèrent à prendre conscience de l’existence de liens très étroits entre deux des quatre forces fondamentales : la force faible et la force électromagnétique. Ces dernières pouvaient êtres décrites dans une théorie unifiée, qui constitue la base du modèle standard. Cette unification implique que l’électricité, le magnétisme, la lumière et certains types de radioactivité sont tous des manifestations d’une seule et même force appelée force électrofaible.

Cependant, pour que cette unification soit vérifiée mathématiquement, il faut partir du principe que les particules porteuses de force n’ont pas de masse. Or, nous savons grâce aux expériences que cela n'est pas le cas. Les physiciens Peter Higgs, Robert Brout et François Englert ont proposé une solution à cette énigme.

Leur théorie est que, juste après le Big Bang, aucune particule n'avait de masse. Lorsque l’Univers a refroidi et que la température est tombée en dessous d’un seuil critique, un champ de force invisible appelé « champ de Higgs » s’est formé en même temps que la particule qui lui est associée, le « boson de Higgs ». Ce champ est présent dans tout le cosmos : par l'intermédiaire du boson de Higgs, n'importe quelle particule interagissant avec lui acquiert une masse. Plus les particules interagissent avec le champ de Higgs, plus elles deviennent lourdes. Au contraire, les particules qui n'interagissent pas avec ce champ ne possèdent aucune masse.

Cette idée apporta une solution satisfaisante et était en adéquation avec les théories et les phénomènes établis. Le problème est que personne n’a jamais observé le boson de Higgs lors d’une expérience pour confirmer cette théorie. Trouver cette particule permettrait, d’une part, de mieux comprendre pourquoi certaines particules ont une masse et, d’autre part, de contribuer au développement de la physique.

Cependant, nous ne connaissons pas la masse du boson de Higgs lui-même, ce qui rend son identification encore plus difficile. Les physiciens doivent donc procéder systématiquement en le cherchant dans la gamme de masses dans laquelle il est censé se trouver. C’est cette gamme qu’explorera le Grand collisionneur de hadrons, dont le rôle sera de déterminer l'existence du boson de Higgs. Mais, si l’on ne trouve pas ce boson, on trouvera autre chose qui viendra compléter la théorie. Quoi qu’il en soit, notre connaissance de l’Univers en sera améliorée.

Quel est le rapport entre le boson de Higgs et Dieu ?

Le boson de Higgs n'a rien à voir avec Dieu. Il s’agissait seulement d’un terme accrocheur pour illustrer l'effet omniprésent du champ de Higgs et son importance dans la détermination de la masse.