Boson W : soleils et poussières d’étoiles

Le boson W est porteur de la force faible, l’une des quatre interactions fondamentales. Cette force peut changer la nature de particules de matière

Découvert en 1983, le boson W est une particule fondamentale. Avec le boson Z, il est le vecteur de la force faible, l’une des quatre forces fondamentales qui régissent le comportement de la matière dans notre univers. Les particules de matière interagissent en échangeant ces bosons, mais cette interaction a une faible portée.

Le boson W, qui a une charge électrique, change la nature même des particules. Il transforme les protons en neutrons, et vice-versa, par la force faible, c’est-à-dire la force qui déclenche la fusion nucléaire et permet aux étoiles de brûler. Cette combustion crée des éléments plus lourds et, quand une étoile meurt, ces éléments sont projetés dans l’espace, constituant ainsi des matériaux de construction pour les planètes, et même les êtres vivants.

Dans les années 1960, la force faible a été combinée avec la force électromagnétique dans les théories électrofaibles unifiées, qui visaient à assurer une cohérence mathématique au cadre de base de la physique. Toutefois, la théorie supposait que les particules porteuses de force soient dépourvues de masse, alors même que les scientifiques savaient que le boson W devait avoir une masse importante, expliquant la courte portée de l’interaction. Pour expliquer la masse du W, les théoriciens ont alors introduit un autre mécanisme non observé,  qui sera appelé par la suite mécanisme de Higgs et qui suppose l’existence d’un boson spécifique, le boson de Higgs.

Comme cela a été annoncé en juillet 2012 au CERN, les physiciens ont désormais découvert un boson qui ressemble fortement à la particule prédite par, entre autres, Peter Higgs. Il n’est pas encore confirmé que cette particule soit bien le boson prédit pour rendre cohérente la théorie de la force électrofaible, mais on peut déjà dire que le boson W a joué un rôle majeur dans sa découverte.  

En mars 2012, des physiciens du Laboratoire Fermi ont confirmé la mesure la plus précise à ce jour de la masse du boson W, soit 80.385 +/- 0.016 GeV/c2. D’après les prédictions du Modèle standard, intégrant à la fois la théorie électrofaible et la théorie du mécanisme de Higgs, ce résultat indique logiquement que le boson de Higgs doit avoir une masse inférieure à 145 GeV. Justement, les collaborations ATLAS et CMS situent toutes deux la masse du nouveau boson à environ 125 GeV.

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