lundi 14 octobre 2013

"pourquoi je n’aime pas le boson de Higgs" ou " Nobel 2013, prix Nobel de l’erreur"

une pensée différente.

 " tout ce que je raconte ici est à prendre avec légèreté. Je ne suis pas sérieusement en train de remettre en question la découverte du CERN. Même si je n’ai jamais aimé le mécanisme du boson de Higgs, si il a été trouvé expérimentalement, je ne nierai pas les faits !"

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Pourquoi je n’aime pas le boson de Higgs

higgs_englert_300Alors voilà, ça y est. Le prix Nobel de physique vient d’être décerné au boson de Higgs. Ou plutôt à ses deux papas, le britannique Peter Higgs et le belge François Englert. Mis en évidence au CERN en 2012, le boson de Higgs a enfin daigné se montrer, 50 ans après avoir été conjecturé par les physiciens récompensés.
Oui mais voilà, je n’aime pas le boson de Higgs. Oh rien de personnel, mais depuis que j’ai fait sa connaissance (à l’époque de mon master, qui était encore un "DEA") je n’arrive pas à croire que le boson de Higgs puisse exister.
J’ai déjà failli plusieurs fois écrire ce billet, notamment juste avant l’annonce de sa découverte, en me disant que c’était probablement ma dernière chance avant d’avoir l’air franchement ridicule.
Mais bon tant pis pour le ridicule : même si il existe, voici pourquoi je n’aime pas le boson de Higgs.
Ni la théorie des cordes…
Ni le positron d’ailleurs.

Petit rappel de la naissance du boson

Pour commencer, rappelons à grands traits comment a été imaginé le boson dit "de Higgs" (pour un compte rendu détaillé, je vous renvoie à mon billet Le boson de Higgs expliqué à ma fille).
Vous savez peut être qu’on classe souvent les forces de la nature en 4 interactions fondamentales : la gravité, l’électromagnétisme, la force nucléaire faible et la force nucléaire forte. Pour comprendre comment ces interactions fonctionnent au niveau microscopique, il est nécessaire de les considérer dans le cadre de la mécanique quantique. Ce qui n’est pas facile !
A la fin des années 40, plusieurs physiciens dont le célèbre Richard Feynman ont travaillé à la formulation de la théorie de l’électrodynamique quantique, qui unifie la mécanique quantique et l’électromagnétisme. Cette théorie utilise notamment un formalisme très élégant qu’on appelle les théories de jauge. La théorie de l’électrodynamique quantique prédit notamment que le photon (qui est la particule médiatrice de l’interaction électromagnétique) n’a pas de masse. Ça tombe bien, on ne lui en a jamais trouvé !
yang_millsQuelques années plus tard, on se rend compte qu’une variante très proche de l’équation qui décrit l’électrodynamique quantique pourrait aussi décrire l’interaction faible (pour les spécialistes : le lagrangien de Yang-Mills — dont on voit la bobine ci-contre — donne l’électromagnétisme pour le groupe U(1) et l’interaction faible pour le groupe SU(2)).
Joie, bonheur et félicité mathématique ! Les physiciens théoriciens sont fascinés par cet incroyable concordance esthétique entre les deux théories. Et on commence à imaginer unifier les deux en une seule et même force !
Sauf qu’il y a un "hic". Si on utilise le formalisme de Yang-Mills, on trouve que les bosons W et Z, les particules médiatrices de l’interaction faible, ne doivent pas avoir de masse (pareil que pour le photon). Or … ils en ont une ! La théorie ne fonctionne donc pas. (Comme Pauli le faisait remarquer assez agressivement à Yang)
Et c’est quelques années plus tard que plusieurs physiciens (dont Higgs, Brout et Englert) ont réalisé que si on introduisait un ingrédient de plus dans la théorie (un champ supplémentaire, mais que personne n’avait jamais observé) alors on pouvait donner une masse aux bosons W et Z, et donc sauver la belle théorie. C’est ce champ supplémentaire, introduit à la main, qui se manifesterait sous la forme du boson de Higgs.

Pourquoi ça ne me convient pas

Je ne sais pas pour vous, mais moi je n’aime pas trop cette façon de faire.
Inventer une particule afin d’expliquer un phénomène expérimental qu’on ne comprend pas, pourquoi pas. Mais introduire artificiellement une nouvelle entité physique jamais observée, dans le seul but de sauver une théorie à laquelle on est attaché pour des raisons esthético-mathématiques, ça ne me paraît pas être une manière très correcte de faire de la science !
Si une théorie ne colle pas à la réalité, on la jette et on en change. On n’essaye pas de la sauver au prix de l’introduction de nouveaux objets physique. Pour moi, c’est essayer de faire coller la réalité à la théorie, plutôt que l’inverse.
Kepler-solar-system-2Ce qui est amusant, c’est qu’on retrouve à mon sens la même chose dans la théorie des cordes. Comme j’ai eu l’occasion de l’expliquer dans un autre billet (Non l’Univers n’a pas 10 dimensions), les dimensions supplémentaires de la théorie des cordes ont été introduites pour les mêmes mauvaises raisons. On avait une théorie très belle, mais qui — pas de bol — ne marche pas. Et on s’est rendu compte qu’on pouvait la sauver en introduisant juste le bon nombre de dimensions annexes. Alors on a posé que D=10 et on a continué comme si de rien n’était.
Encore une fois, je ne crois pas que la science doive fonctionner comme ça : la réalité doit primer, et tant pis s’il faut tuer les belles théories (la théorie de l’orbite des planètes basée sur les solides platoniciens était elle aussi très belle !)

Le cas du positron

Évidemment, maintenant que le boson de Higgs a été découvert expérimentalement, j’ai l’air d’un idiot avec mon argument. J’aurai vraiment dû écrire cela il y a 2 ans ! J’ai d’autant plus l’air d’un idiot qu’il existe un glorieux précédent à cette manière que je critique : le positron.
En 1929, le fameux Dirac propose une équation nouvelle et audacieuse pour décrire l’électron. Pas de bol, cette équation prédit que l’électron peut aussi avoir des énergies négatives ! Au lieu de jeter son équation comme aurait dû faire n’importe qui, Dirac persiste et finit par interpréter cela comme le signe d’une nouvelle particule chargée positivement : le positron.
Audacieux le type ! Juste pour sauver son équation il est prêt à proposer qu’il existe en fait deux fois plus de particules qu’initialement supposé ! Et pourtant … il avait raison le bougre ! En 1932 Carl Anderson découvre le positron, ce qui lui vaudra le Nobel en 1936.

Et si le boson de Higgs n’en était pas un ?

Bien sûr tout ce que je raconte ici est à prendre avec légèreté. Je ne suis pas sérieusement en train de remettre en question la découverte du CERN. Même si je n’ai jamais aimé le mécanisme du boson de Higgs, si il a été trouvé expérimentalement, je ne nierai pas les faits !
Et pourtant je ne peux pas m’empêcher de penser que ce serait plus fun si la particule découverte récemment au CERN se révélait ne pas avoir les caractéristiques du boson de Higgs. D’ailleurs pour l’instant rien n’est prouvé. Je ne suis même pas sûr qu’on sache avec certitude que son spin est le bon (c’est-à-dire zéro), même si les résultats vont plutôt dans ce sens.
Ainsi, peut-être que dans 60 ans on qualifiera ce prix Nobel 2013 de prix Nobel de l’erreur, comme ce fut le cas pour celui de Fermi en 1938 ! En attendant, j’ai l’air ridicule, mais j’assume !

Pour aller plus loin…

Pour les mordus du sujet, je précise que ce que je raconte là ne signifie pas qu’il soit interdit de prédire de nouvelles particules en physique théorique ! Par exemple le cas de la prédiction des quarks top et bottom par Kobayashi et Maskawa me paraît tout à fait légitime. La prédiction était là pour rendre compte d’un fait expérimental (la violation de CP dans la désintégration des kaons), et n’était qu’une extension de particules déjà observées. Rien de comparable à mon sens avec le fait de postuler un tout nouveau champ scalaire, ou bien des dimensions supplémentaires.