Le champ de Higgs (notez que c'est le champ qui est important ici, pas le boson de Higgs lui-même, qui n'est qu'une ondulation dans le champ de Higgs) donne la masse des particules dans le même sens que le fort force donne la masse du proton (contexte: $ 99 \% $ de la masse du proton ne provient pas de la masse de ses quarks constituants, mais du fait qu'en gros les quarks ont une grande quantité d'énergie cinétique mais sont liés par le fort Obliger). Si une force limite l'énergie dans une petite quantité d'espace, alors cette énergie liée a une masse donnée par $ E = mc ^ 2 $. C'est ce que fait le champ de Higgs: il lie une particule sans masse dans un petit espace, et donc par $ E = mc ^ 2 $ (et le fait que la particule a maintenant un cadre de référence dans lequel elle est stationnaire) cette particule a une masse de repos efficace.

Pour avoir une idée intuitive de ce qui se passe, en tant qu'exercice, vous pouvez dériver $ E = mc ^ 2 $ en considérant un photon confiné par une boîte miroir. Le photon rebondit en exerçant une pression sur le miroir, et si vous essayez de pousser la boîte, il aura une inertie due au photon exerçant plus de pression sur l'avant du miroir que sur l'arrière. Si vous travaillez, vous constaterez que la boîte miroir a une masse d'inertie effective de $ m = E / c ^ 2 $. Le champ de Higgs fournit une force qui agit comme cette boîte miroir, "donnant" ainsi de la masse à la particule à l'intérieur.

Réponse courte: ne le prenez pas à la lettre, sans plus de contexte .

Pour comprendre le rôle du boson de Higgs dans le modèle Standard, il est nécessaire de se rapprocher Regardez le cadre dans lequel nous décrivons les particules élémentaires: la théorie quantique des champs.

Dans cette approche, les particules sont décrites comme des excitations de champs qui couvrent tout l'espace-temps. L'état fondamental du champ correspond au vide, ce que nous appelons les particules correspond aux excitations de ces dernières. Si vous êtes familier avec la mécanique quantique, pensez à un oscillateur harmonique pour comprendre le concept.

Le fait est maintenant que l'effet de création de masse est dû à la présence du champ et non à la particule associée . L'existence de la particule apparaît comme une sorte d'exigence de cohérence, qui a été confirmée récemment au LHC.

En ce sens, la réponse à votre question dépend entièrement de ce que vous entendez par "boson de Higgs" : avoir des particules massives ne signifie pas qu'il y a des bosons au sens de particules les entourant constamment. Ils sont beaucoup trop lourds pour que cela soit une option viable, car 125 GeV est bien au-delà de ce que l'on ressent dans la vie quotidienne (un proton arrive à une masse au repos de près de 1 GeV).

Pour un physicien des particules, il est évident que "boson" désigne une propriété du champ dans son ensemble, et non l'excitation de ce dernier. Un profane, cependant, l'associera à une particule se déplaçant dans l'espace-temps. Par conséquent, vous ne devriez pas prendre cette phrase à la lettre. Je m'abstiendrai de l'utiliser librement sans fournir aucune explication supplémentaire.

"Lier une particule sans masse dans un petit espace" est une bonne phrase pour une discussion populaire, mais ce n'est pas la seule façon d'imaginer le mécanisme de Higgs.

Une autre perspective vient du fait que chaque la particule à l'intérieur d'un champ d'interaction se comporte exactement comme son énergie ou son élan a changé. Ce concept est appelé momentum canonique , contrairement à l'élan (cinétique) habituel $ m \ vec {v} $. Par exemple, dans le champ magnétique, l'impulsion canonique est $ \ vec {P} = m \ vec {v} + e \ vec {A} $, et dans le champ électrique statique l'énergie canonique est $ E = \ tfrac {1 } {2} mv ^ 2 + e \ varphi $ (ces formules ne sont pas relativistes). Ce dernier est le plus simplement compris, car nous avons l'habitude d'appeler $ e \ varphi $ énergie potentielle. Une force agit sur la particule lorsque ce terme supplémentaire change avec la position spatiale.

Les variations de cette idée dépendent du type de tenseur du champ d'interaction. Le champ électromagnétique est un champ vectoriel et le champ de Higgs est un champ scalaire. (Les autres types de champs sont également possibles, par exemple, le champ gravitationnel en GR est un champ tensoriel d'ordre 2.) Cela conduit à un fait important: l'énergie et la quantité de mouvement changent par le même facteur (au sens relativiste) , qui est le même que la masse changerait. $ \ vec {P} = m \ gamma \ vec {v} + \ Delta m \, \ gamma \ vec {v} $ et $ E = m \ gamma c ^ 2 + \ Delta m \, \ gamma c ^ 2 $, $ \ Delta m = gh $ où $ g $ est la constante de couplage.

Ainsi, partout où un champ d'interaction scalaire obtient une valeur non nulle, les particules se déplacent comme si elles avaient gagné de la masse. Et le champ de Higgs a une valeur constante non nulle dans tout l'univers, $ h = h_0 $. Ainsi, toutes les particules ont leurs masses de Higgs, et elles ne peuvent avoir aucune masse explicite en dehors d'elle, et la théorie le suppose.

Une réponse simple standard (pour le champ standard du boson de Higgs) est qu'une particule acquiert de la masse en passant par ce champ, ce qui change l'inertie de la particule (apparaissant ainsi comme une masse acquise qui est une mesure de l'inertie entre autres)

Bien sûr, le boson de Higgs standard est toujours étudié (s'il s'agit du standard et non d'une variation d'autres propositions) et ce n'est pas la seule façon de raisonner ou d'expliquer comment il donne masse à d'autres particules.

Vous devriez le prendre complètement à la lettre. (Les querelles sur le champ de Higgs par rapport au boson de Higgs sont erronées. Les particules n'acquièrent pas de masses avant le point où le boson de Higgs apparaît, donc attribuer les masses de particules au boson de Higgs est tout aussi correcte.)

Cependant, il existe un moyen simple de se représenter cela. Le concept de boson de Higgs est complètement générique, bien qu'en physique des particules, on se réfère généralement au modèle standard de Higgs. Un "boson de Higgs" apparaît lorsqu'un système subit une transition de phase qui rompt une certaine symétrie.

Il existe de nombreux exemples de la physique du solide où la même chose se produit. Dans un supraconducteur, par exemple, à la température critique, les paires de cuivre deviennent les bosons "Higgs" et la particule qui acquiert une masse est le photon. C'est la fameuse théorie BCS des supraconducteurs. Comparez avec la théorie de Ginzburg-Landau des transitions de phase, dans laquelle on élargit le potentiel en puissances paires du champ).