La découverte du boson W a 30 ans

Conférence de presse du 25 janvier 1983. Des physiciens du CERN annoncent la découverte du boson W (Image : CERN)

Il y a 30 ans, des physiciens du CERN annonçaient la découverte du boson W.

Le boson W, particule élémentaire chargée électriquement, est vecteur de la force faible, l’une des quatre forces fondamentales de la physique. Sa découverte est intervenue après tout juste trois années de recherche auprès du Supersynchrotron à protons (SPS) du CERN, une machine conçue à l’origine pour accélérer des faisceaux de protons, et qui, à l’époque, devint le premier collisionneur proton-antiproton du monde.

En 1976, les physiciens Carlo Rubbia, Peter McIntyre et David Cline suggérèrent de modifier le plus grand accélérateur du CERN, le SPS, pour faire de cet accélérateur à un faisceau un collisionneur à deux faisceaux. Il s’agissait de faire entrer en collision un faisceau de protons avec un faisceau d'antiprotons et ainsi d'augmenter considérablement l'énergie de collision disponible par rapport à celle d'un seul faisceau percutant une cible fixe. L’objectif était d’atteindre des énergies suffisamment élevées pour produire des particules W et leurs acolytes, les particules Z. Simon van de Meer avait déjà inventé au CERN une manière de produire et de stocker des faisceaux denses de protons et d'antiprotons, mais transformer le SPS en un collisionneur était une idée pour le moins audacieuse.

Deux détecteurs mobiles, UA1 et UA2, furent construits spécialement autour du tube de faisceau du SPS pour étudier les collisions proton-antiproton à la recherche de signatures du W. La prise de données commença en 1981.

Le premier candidat au W fut observé en novembre 1982 et sa découverte annoncée lors de l’atelier proton-antiproton qui eut lieu à Rome (Italie), du 12 au 14 janvier 1983.

Lors d’un séminaire organisé le 20 janvier 1983, Carlo Rubbia annonça l’observation par UA1 de six événements candidats au W [voir un clip du séminaire en anglais]. L’après-midi suivant, devant l'amphithéâtre du CERN plein à craquer, Luigi Di Lella annonça l’observation par UA2 de quatre événements candidats. Le 25 janvier, le CERN annonçait au monde entier la découverte.

Cette découverte était si importante que les deux scientifiques qui en étaient à l’origine ont reçu le prix Nobel de physique dès l’année suivante. Carlo Rubbia, initiateur de la transformation de l’accélérateur et porte-parole de l’expérience UA1, partagea ce prix avec Simon van der Meer, qui avait conçu la technique nécessaire à l’exploitation du collisionneur.

La découverte du boson W valida la théorie électrofaible. Elle apporta également des arguments à la décision de construire ce qui allait devenir le prochain accélérateur vedette du CERN, le Grand collisionneur électron-positon (LEP), qui aurait pour mission de produire en masse des bosons W et Z pour en permettre l’étude détaillée.