Le Higgs et l’inflation de l’Univers
Le terme « inflation » désigne l’expansion très rapide de l’Univers primordial décrite par la théorie. Ce type d'évolution pourrait s’expliquer par la présence d’une particule élémentaire de spin zéro née avec le Big Bang. Le boson de Higgs correspond bien à ces caractéristiques, mais cela n’est pas suffisant pour qu’on puisse le considérer comme étant l’« inflaton », l’hypothétique particule qui serait responsable de cette inflation.
« L'Univers de Higgs ». Image : ATLAS, NASA, ESA et The Hubble Heritage Team (STScI/AURA) - modifiée par Katarina Anthony.
Les physiciens pensent que presque immédiatement (environ 10-35 secondes) après le Big Bang, l’Univers s’est accru en volume de façon très rapide, en traversant une phase d’expansion exponentielle. Après cette période dite d’inflation, l’Univers aurait continué à s’étendre, mais à un rythme plus lent. Un champ quantique correspondant à un boson élémentaire de spin zéro pourrait en principe être la cause de cette évolution très violente. D’après le Modèle standard, le boson de Higgs est bien une particule élémentaire de spin zéro. Malheureusement, tout ce qui brille n’est pas or, comme le souligne Gian Giudice, théoricien au CERN : « L’idée que le champ de Higgs joue le rôle de l’inflaton est très intéressante. Mais cela ne peut pas être le cas dans le Modèle standard ordinaire. »
Le problème pour la théorie est que le boson de Higgs semble devoir bénéficier d’une sorte de « correction » pour pouvoir jouer le rôle d’inflaton. « Une solution possible serait une interaction gravitationnelle anormalement importante entre le champ de Higgs et la courbure de la géométrie de l’espace-temps, explique Gian Giudice. Un couplage aussi fort suppose l’existence de nouvelles particules lourdes. En d’autres termes, l’inflation ne serait pas commandée par le champ de Higgs seul, mais au mieux, par une combinaison du champ de Higgs avec d’autres champs, encore inconnus. »
Comment les expériences pourront-elles mettre à l’épreuve toutes ces théories ? « Il sera très difficile pour les expériences LHC de mesurer les propriétés du boson de Higgs de façon assez approfondie pour pouvoir donner la réponse », déclare Sergio Bertolucci, directeur de la recherche et de l’informatique au CERN. Toutefois, certaines informations pourraient être obtenues d’expériences cosmologiques telles que le télescope spatial Planck de l’ESA. « Il reste beaucoup à apprendre de la structure du fonds cosmologique diffus, et nous attendons avec impatience les résultats du télescope Planck. La découverte du caractère non-gaussien des fluctuations de température dans le fond cosmologique diffus ouvrirait des voies nouvelles pour la compréhension de la dynamique de l’inflation », poursuit Gian Giudice.
« Nous devrons comprendre le boson de Higgs et son champ de façon bien plus approfondie avant d'être en mesure de nous prononcer définitivement sur le rôle de cette particule dans l'évolution de l'Univers », conclut Sergio Bertolucci. En d’autres termes, il est très possible que toutes les questions concernant le boson de Higgs ne puissent pas recevoir de réponse au LHC.
