Le CERN a annoncé mardi 16 avril la publication des données et du logiciel qui ont permis de vérifier l'existence de la particule élémentaire dite « boson de Higgs ».

Cette annonce intervient une semaine après que l'Université d'Édimbourg, en Écosse, a fait part de la mort de Peter Higgs qui y aura passé toute sa carrière de chercheur en physique.

« Peter Higgs était une personne remarquable - un scientifique vraiment doué dont la vision et l'imagination ont enrichi notre connaissance du monde qui nous entoure. Son travail de pionnier a motivé des milliers de scientifiques, et son héritage continuera d'en inspirer beaucoup d'autres pour les générations à venir », réagissait Peter Mathieson, directeur de l’université d’Édimbourg.

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Le travail de Peter Higgs avait déjà été reconnu notamment par l'attribution du prix Nobel de Physique en 2013 conjointement avec François Englert. Un an avant, le 4 juillet 2012, le CERN détectait expérimentalement l'existence de la particule élémentaire nommée « boson de Higgs » théorisée près de 50 avant par Peter Higgs, François Englert et Robert Brout (d'où son autre appellation de « boson BEH »).

Comme l'expliquait Alexandre Abi, chercheur au CNRS, le boson de Higgs est « la seule explication qu’on ait à ce jour de l’origine de la masse des particules élémentaires ».

Publication des données et du logiciel pour les utiliser

Le laboratoire « Compact Muon Solenoid » (CMS) du CERN a donc décidé de publier les données relatives à son expérience d'il y a plus de 10 ans. « Il s'agit notamment de la combinaison de toutes les recherches qui ont permis la découverte du boson de Higgs en 2012 », explique-t-il.

Le laboratoire publie en même temps le logiciel Combine, outil d'analyse statistique développé pendant le premier cycle du LHC (2010 - 2012) pour la recherche sur le boson de Higgs.

Le CMS explique que les mesures faites avec le Grand collisionneur de hadrons du CERN sont présentées avec une valeur centrale ainsi qu'un intervalle d'incertitude, mais qu'il « ne s'agit là que d'un bref résumé du résultat des mesures, comme le titre d'un livre ». Et que, derrière la masse de 125,3 GeV du boson de Higgs avec une incertitude de 0,5 %, se cachent beaucoup plus de données. Masse et énergie des particules sont pour rappel lié par la formule E=mc² (énergie égale masse fois la vitesse de la lumière au carré).

Cette publication contient le modèle statistique complet du travail du CERN qui a conduit à la découverte du boson de Higgs. Les chercheurs du CERN ont utilisé un outil mathématique lors de la mesure qui a permis de détecter le boson appelé fonction de vraisemblance. Celle-ci comprend la valeur mesurée, mais aussi sa dépendance à l'égard de facteurs externes.

« Dans le cas d'une mesure CMS, ces facteurs comprennent l'étalonnage du détecteur CMS, la précision de la simulation du détecteur CMS utilisée pour faciliter la mesure et d'autres effets systématiques », explique le CERN. Cette fonction fait partie de ce que l'organisme scientifique vient de publier.

Pour le cas qui nous intéresse, la fonction de vraisemblance « comporte près de 700 paramètres pour une valeur fixe de la masse du boson de Higgs ».

Envie de plonger dans la « dimension d'un espace abstrait multidimensionnel » ?

« Chacun de ces paramètres correspond à une dimension d'un espace abstrait multidimensionnel, dans lequel la fonction de vraisemblance peut être dessinée » ajoute l'organisme. Conceptualiser un espace avec autant de dimensions est complexe. Cette fonction de vraisemblance des mesures du boson de Higgs permet aux chercheurs de contourner ce problème.

Si cette publication des données de l'expérience de 2012 a pris plus de dix ans, le CERN explique qu'elle a été l'occasion d'établir un nouveau protocole interne permettant de collecter les fonctions de vraisemblance de leurs publications. L'organisme devrait prendre beaucoup moins de temps maintenant pour libérer les données de ses expériences.