Le Modèle standard de la physique| CONTENU - Tutoriel de la série des compléments de culture scientifique: les bases de la physique contemporaine |
On appelle "Modèle standard de la physique" ou "Modèle standard", l'état abouti, qui apparaît dans les années 1970, de la physique des particules. Pour mettre de l'ordre dans la pléthore de particules subatomiques qu'on découvrait, le physicien Murray Gell-Mann, en 1961, propose un ensemble de règle basées sur les symétrie des forces fondamentales de la Nature; ces règles les classifiaient en 8 groupes, schéma qu'il appela le "chemin des 8 plis" en référence à la philosophie bouddhiste. Le nom des quarks lui vint du roman Finnegans Wake de James Joyce (1939): "Three quarks for Muster Mark!" (à peu près intraduisible sinon que quark signifie "séré", un processus fromager). Il formula aussi l'existence des gluons et il reçut le prix Nobel en 1969. Gell-Mann était né à New York en 1929 et il réalisa une grande partie de ses travaux au Caltech où il enseigna de 1955 à 1993. Le modèle standard explique comment la matière, de la Terre à l'Univers, fonctionne à l'échelle des particules. Le modèle standard est apparu, dans les années 1970, en tant que synthèse de ce qui était alors connu et, depuis, il est le cadre théorique qui sert de base aux travaux qui ont eu lieu -et ont lieu- par la suite. Jusqu'à présent, le modèle standard est, essentiellement, pertinent à décrire le monde physique au niveau des particules atomiques. Si l'on veut donner une définition plus technique et plus avancée du modèle standard, on peut dire qu'il est la théorie quantique, augmentée de la théorie des interactions fortes (ou chromo-dynamique quantique -"QCD" dans le monde anglo-saxon), ainsi que de la théorie unifiée (force "électro-faible") de la force "faible" et de la force électro-magnétique. Le modèle standard décrit les particules fondamentales et leurs interactions par les forces forte, électromagnétique et faible. Le modèle standard, d'une façon générale, se fonde sur le fait qu'il considère que toute la matière est constituée de deux catégories fondamentales de particules -les quarks et les leptons- ainsi que sur les forces qui agissent sur eux. Les bosons sont des transporteurs de force, les photons ont trait à l'électromagnétisme et la matière se compose de fermions. Dans la perspective de comment la matière est distribuée dans l'Univers, le Modèle standard ne rend pas compte de la matière noire (et il n'explique donc qu'aux alentours de 5% de la matière). A noter que la masse et l'énergie sont interchangeables en physique des particules
La matière, vue du point de vue des physiciens des particules contemporains, se compose de particules de base, de forces par lesquelles ces particules interagissent et de "porteurs de forces", des particules qui permettent le transport de ces forces. La matière, d'une façon générale, se répartit en les hadrons (qui sont des particules basées sur les quarks) ainsi les baryons et les mésons -essentiellement les constituents de l'atome- et les letpons, qui sont les particules telles les électrons et les neutrinos par exemple. Tout baryon contient au moins un quark lourd mais une particule avec deux quarks lourds (deux charm et un up), appelée, en anglais, "cascade-c-c-double-plus" a été découverte en 2017. Le fonctionnement général de la matière est défini par le "principe d'exclusion de Pauli". Selon ce principe, découvert dans le cadre de l'élaboration progressive de la physique quantique, deux particules, dans le même état (charge de couleur -voir plus bas- moment angulaire (vitesse), ou "spin", etc.) ne peuvent se trouver au même endroit au même moment. Les particules fondamentales qui sont sujettes à ce principe sont appelées des "fermions". Celles qui n'y sont pas sujettes sont dites des "bosons". Les fermions sont les "briques" de la matière -des atomes- ainsi les "quarks", les électrons. Les bosons sont des particules transporteuses de forces. De plus, sur un plan théorique, tout atome comportant un nombre impair d'électrons, protons et neutrons est un fermion (les protons et les neutrons sont collectivement appelés des "neutrons") et tout atome avec un nombre pair de ces éléments est un boson. Enfin, dernier principe général du modèle standard, il y a, pour toute particule, une anti-particule, de caractéristiques identiques mais de charge opposée. Dans le monde des particules, la vitesse de la lumière ("c") est une constante de la physique et elle n'est pas dépassable. Elle est la vitesse des interactions physiques dans le vide -dont la gravité- ou la limite supérieure de l'accélération des masses. Des "baryons" extra-lourds, temporaires sont prédits par le Modèle standard et se constitueraient de la "soupe de plasma" qu'on peut obtenir de quarks et de gluons, laquelle -"souple quark-gluon" est l'état de l'Univers quelques moments après le Big Bang
L'origine du nom du boson
Le boson doit son nom à Satyendranath Bose, physicien indien. Né à Calcutta, il a travaillé dans les années 1920 avec Einstein à une définition de l'une des deux catégories de base des particules sub-atomiques, décrivant comment les photons peuvent aussi bien être vus comme des particules que comme des ondes: toutes les particules qui se comportent de cette façon sont dits des "bosons". Bose, ensuite, a dirigé pendant 25 ans le département de physique de l'Université de Dacca (qui est maintenant la capitale du Bangladesh) puis il a pris sa retraite dans sa ville natale de Calcutta. Il est mort en 1974, à l'âge de 80 ans
Les "briques" fondamentales de la matière sont donc les "fermions". Les fermions sont sujets au principe d'exclusion de Pauli. Les fermions, plus avant, se distinguent entre "quarks" et en "leptons"
Toutes ces particules fondamentales ont, pour caractéristiques principales: un "spin" -un mouvement angulaire- une charge électrique (mesurée en unités de charge d'un proton), une énergie (en électron-volts ((eV)) et une masse (en GeV/c2). Le spin de l'électron est la vitesse de celui-ci autour du noyau de l'atome; il existe en deux variétés ("flavors" en anglais): up et down. Les physiciens sont encore en train de réfléchir sur la façon dont les combinaisons de flagrance des quarks ont lieu et produisent des particules (ces interactions sont théoriquement décrites par la "chromo-dynamique quantique " ou QCD (pour "quantum chromodynamics" en anglais) mais on ne peut faire aucun calcul sur la base de celle-ci car trop compliquée). L'"état quantique" d'une particule consiste en les nombres qui décrivent les caractéristiques de celles-ci. Mais le seul fait de mesure cet état quantique en change les caractéristiques et les mathématiques requises peuvent être complexes. Des "états refusés" (en anglais "disallowed states"), qui ne suivent pas les lois de la physique doivent de plus être écartés. Les particules chargées telles les électrons, mises en présence d'un champ magnétique, y spiralent et émettent une radiation. Les électrons qui, dans certains matériaux, interagissent peuvent être "fractionnés" en particules indépendantes, les unes portant le spin, les autres la charge, comportement inhabituel appelé "séparation spin-charge"
Quatre forces permettent aux éléments fondamentaux de la matière d'interagir entre eux: la "force forte" -strictement: la "force d'interaction forte"- la force électro-magnétique, la "force faible" et la gravité. Toutes ces forces, sauf la gravité, se décrivent en termes de "théories du champ quantique"
 | C'est par le biais de telles collisions entre particules que les physiciens accédent aux niveaux les plus profonds de la matière. Les accélérateurs de particules accélèrent celles-ci et les font entrer en collision; ces collisions brisent les particules et/ou en engendrent de nouvelles. La collision entre des ions d'or, illustrée ci-contre, provient du "Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC)" ("engendreur de collisions à des vitesses relativistes entre ions lourds") du Brookhaven National Laboratory, une institution fondamentale de recherche aux Etats-Unis. De telles recherches permettent de remonter dans le temps en direction des débuts du Big Bang. RHIC, Brookhaven National Laboratory |
Les forces que l'on vient de décrire sont transportées, entre les particules, par d'autres particules, dont le rôle n'est que de transporter les forces du monde atomique. Les interactions entre les particules peuvent s'analyser en termes d'échange de particules transporteuses de force. Celles-ci, de plus, semblent avoir un comportement de type newtonien par rapport aux particules qu'elles atteignent, de type action-réaction. Les particules transporteuses de force ne sont pas soumises au principe d'exclusion de Pauli. D'une façon technique, les interactions entre particules -le transport de force par les particules transporteuses de force- relèvent de ce que l'on appelle un "spin entier" ou "quanta de champ bosoniques". Les particules qui transportent les forces, en effet, sont de type bosons. Quand elles sont des bosons de spin impair, elles transportent des forces répulsives; quand elles sont des bosons de spin pair, elles transportent des forces attractives
Toutes ces particules et forces -les "briques" de la matière, les forces de la physique et les particules transporteuses de force- sont ce à partir de quoi se construisent les atomes: les quarks s'unissent pour former les protons et les neutrons; les protons et les neutrons, qui sont formés de trois quarks liés entre eux par des gluons, porteurs de la force forte, s'unissent et forment le noyau de l'atome; les électrons orbitent autour du noyau (les atomes à leur tour forment les éléments et les éléments forment les molécules). L'atome, dans son entier, doit sa stabilité aux forces fondamentales, qui sont transportées par les transporteurs de force: les quarks sont liés entre eux par la force forte, qui est transportée par les gluons; les protons et neutrons, dans le noyau, sont liés entre eux par une force forte résiduelle, qui émane des quarks qui les constituent; les électrons sont liés au noyau par la force électro-magnétique. Enfin, la force faible, lorqu'elle agit sur les quarks qui forment les bases du noyau atomique et sur les électrons, déclenche la transmutation radio-active naturelle de certains atomes. A savoir: voici une liste des particules (et concepts) ordonnés en termes de taille, du plus grand au plus petit: l'électron; le proton et le neutron; le rayon d'action de la force faible; les quarks up, down et strange; le quark charm; le quark bottom; le neutrino à haute énergie; le quark top; le neutrino; et, après un très long intervalle, la mousse quantique, la longueur de Plack et une corde de la théorie des cordes. . Au-dessus d'une température critique, les protons, les neutrons et autres particules de la matière de type hadron, se fondent en une "soupe" chaude et dense. Les particules sub-atomiques d'un noyau atomique, d'une façon générale, prennent des formes différentes fonction de la température
 | cliquez vers un schéma du modèle standard de la physique |
Tout cela montre combien les mécanismes de la matière sont multiples, étranges et peuvent encore faire l'objet de recherches: électrons et quarks sont tout deux des fermions sujets au principe d'exclusion de Pauli, mais les quarks interagissent par la force forte et les électrons par la force électro-magnétique. Les interactions entre protons et neutrons -qui sont formés de quarks- se fait par les mésons, qui sont eux-mêmes formés de quarks, étant des dérivés de quarks et de gluons. Les électrons sont liés au noyau de l'atome par la force électro-magnétique. Et le résultat est un atome qui, si protons et neutrons avaient un diamètre de 10 cm, les quarks et les électrons feraient 0,1 mm et où les électrons se trouveraient à 10 km du noyau...
Presque toute la matière de l'Univers est faite de quarks "up" (u) et "down" (d), lesquels sont les quarks les plus massifs, et d'électrons, qui, eux, sont les leptons les plus massifs. Ce type de particules sont ce que l'on appelle la "première génération" de particules, les plus stables d'entre elles. Ce sont des particules légères. Elles résultent de la transmutation radio-active naturelle de deux générations successives de particules, qui, elles, étaient plus lourdes et instables. Au-dessus d'une température critique, les protons, les neutrons et les autres constituants de la matière se fondent en une "soupe" de quarks et de gluons, qu'on appelle le "plasma quarks-gluons". Au cours des premiers dix-millionièmes de secondes qui ont suivi le Big Bang, l'Univers avait une température suffisamment élevée pour les quarks restent séparés entre eux. Du fait que les quarks et les gluons interagissent entre eux selon des modalités extraordinairement complexes, les physiciens, s'ils sont capables de résumer en une ligne de formules les lois mathématiques qui gouvernent celles-ci mais ils n'en comprennent pas encore la structure microscopique (les mathématiques pour ce faire n'existent pas encore). Les physiciens ont pu recréer le plasma quarks-gluons en laboratoire et ils s'attendaient à ce qu'il se comporte comme un gaz; il se comporte en fait comme un liquide. Ce qui signifie que ses constituants interagissent plus fortement entre eux. Un état de la matière encore antérieure au plasma quarks-gluons semble être un mélange dense de gluons, qu'on appelle un "glasma". Un autre état particulier de la matière est appelé un "condensat Bose-Einstein", dans lequel de nombreux atomes s'associent et se comportent comme de super-atomes géants
Le modèle standard, depuis qu'il a été élaboré, est un modèle scientifique pertinent: les expériences qu'on réalise à partir de lui s'insèrent, par exemple, dans une logique. Bien que la référence actuelle pour les physiciens des particules, le Modèle standard, pensent certains, peut présenter des failles. Aux fins de tester le Modèle standard avant de réfléchir à le dépasser, les physiciens nucléaires essaient de cataloguer toutes les particules pouvant exister à partir de différentes combinaisons de quarks. Une question, essentiellement, est posée aux physiciens qui l'utilisent: quelle est l'origine de la masse des particules? Cette question fait l'objet de la recherche du "boson de Higgs". La théorie du boson de Higgs est liée à celle du "méchanisme de Higgs", dite aussi "symétrie de gauge électro-faible". Cette théorie est un mécanisme, vérifié expérimentalement, et dévoilé en 1964, par Peter Higgs, par lequel des "bosons vecteurs" (particules porteuses de force telles le photon, gluon et les particules W et Z) acquièrent une masse ainsi que leurs associations entre eux ou avec des fermions (qui sont les quarks et leptons). Le boson de Higgs fut alors proposé par l'une des équipes qui avait découvert le mécanisme de Higgs mais il reste la seule particule du Modèle Standard qui n'a pas été observé. Peter Higgs, un physicien britannique, avait, en 1964, proposé un article sur le boson de Higgs lequel avait été refusé par la revue "Physics Letters" qui, à l'époque, relevait du CERN. Le Large Hadron Collider, ou LHC, au CERN, justement, 40 ans plus tard, à Genève, en Suisse, est supposé posséder la puissance suffisante pour déterminer si le boson de Higgs existe ou non et pour choisir entre les différentes théories qui l'utilisent. On pense que le boson de Higgs appartient à une classe de particules dits "bosons scalaires", de spin 0, au contraire des bosons vecteurs, qui ont un spin 1. Le boson de Higgs donnerait leur masse aux autres particules parce qu'il possède un champ scalaire, ou "champ de Higgs", un vide de valeur non-zéro (ce qui explique aussi que le boson n'ait pas de spin) et chaque particule qui s'associerait à ce champ -simplement en le traversant- verrait ce vide non-zéro s'attacher à elle, y compris le boson de Higgs lui-même. L'idée qui sous-tend le boson de Higgs est que l'Univers baigne dans un champ invisible, le "champ de Higgs", qui est semblable à un champ magnétique. Si une particule le traverse avec peu ou pas d'interaction, il n'y a pas de freinage et la particule aura une masse faible ou n'aura pas de masse. Si elle interagit significativement avec le champ, elle aura une masse plus importante. Comme, en physique, il ne peut y avoir de champ sans particule, le boson de Higgs est donc la particule associée à ce champ. La particule associée au champ électromagnétique, par exemple, est le photon. C'est par leur masse que les particules peuvent finalement former des atomes. A noter que le proton n'a pas de masse (la meilleure estimation de la masse maximale du proton, qui date de 2019, la situe au plus à 1,1 électronvolt). Si on rapporte le champ de Higgs, un champ de force, et le boson de Higgs au Big Bang, ils sont apparus quand, après qu'aux débuts de l'Univers, aucune particule n'ait eu de masse, l'Univers s'est refroidi en-dessous un seuil critique. Si on trouve le boson de Higgs, il aurait aussi son anti-particule. A une masse comprise entre 115 et 180 GeV/c2, le boson de Higgs rendrait le Modèle Standard vrai pour des échelles d'énergie jusqu'à l'échelle de Planck (soit 1016 TeV). Mais une masse, par exemple, de 1,4 TeV le rendrait incohérent. Des masses intermédiaires feraient sans doute qu'il faudrait réadapter le Modèle Standard en direction des théories GUT de l'unification. Aux tout débuts du Big Bang, le boson de Higgs a vraisemblablement permis que les particules s'agrègent entre elles car ayant acquis une masse. Le LHC pourrait découvrir le boson de Higgs à partir de plusieurs combinaisons: deux gluons se transformation par transmutation en un couple to/anti-top lequel se combinerait pour donner le boson neutre; ou deux quarks émettrant un boson W ou Z, qui, se combinant, donneraient aussi le boson. Le LHC a été conçu comme le successeur de l'accélérateur de particules LEP du CERN qui, à l'époque, avait déjà observé des résultats qui pouvaient laisser croire au boson. A 7 TeV, le LHC devrait pouvoir accéder facilement au boson de Higgs puisque cette puissance est bien au-dessus celle à laquelle la découverte devrait se faire. Le boson de Higgs est une particule très instable qui disparaît aussitôt qu'elle se forme. Le LHC travaille en faisant entrer en collision des protons. Le Tevatron du Fermilab américain, lui aussi, recherche le boson de Higgs. Les termes "particule de Dieu" utilisées par les médias pour qualifier le boson de Higgs sont considérés par la communauté scientifique comme exagérant son rôle car même sa découverte laisserait des questions sans réponse, ainsi l'unification de l'interaction électro-faible et de la gravité, ou les origines définitives de l'Univers. Dans le Modèle Standard, en termes de vide quantique, la valeur attendue du vide non-zéro du champ de Higgs, qui se développe à partir d'une rupture de symétrie spontanée, est le mécanisme par lequel les autres champs acquièrent leur masse. D'une façon générale, le boson de Higgs est pertinent en termes de la question de la matière/anti-matière, des relations entre la physique quantique et la théorie de la Relativité et de la question des champs du vide
Le plus récent sur le boson de Higgs!
Le mercredi 4 juillet 2012, les physiciens du CERN, à Genève, ont annoncé que, via le Large Hadron Collider, le LHC, le plus grand accélérateur de particules du monde qui entrechoque des protons, ils ont découvert une nouvelle particule dont les propriétés pourraient correspondre à celles du boson de Higgs. Cela constitue la première fois depuis 1995 qu'on trouve une nouvelle particule fondamentale, ce qui, finalement, vient confirmer le Modèle standard de la physique, cette synthèse, élaborée depuis quelques décennies qui décrit le fonctionnement du monde physique. Cela constitue également un point fondamental de la recherche en physique car, si on ne découvre plus rien d'autre à partir de maintenant, la découverte du boson de Higgs pourrait signifier la fin de la recherche en physique des particules. Le boson de Higgs est le "sceau" du Modèle standard, lequel, sauf la gravité, est une description complète du monde physique: le boson de Higgs donne leur forme et leur masse à toutes les autres particules. La mission du LHC, maintenant, est d'approfondir l'étude des propriétés du boson de Higgs, lequel a une masse de 130 fois celle d'un proton. Higgs et d'autres physiciens, qui, au début des années 1960, avaient proposé l'existence du boson -Gerald Guralnik, François Englert et Carl Hagen, ou Tom Kibble, avaient aussi, en 1964, prédit l'existence de ce boson- avaient en fait solutionné l'un des problèmes les plus ardus. On connaissait alors deux des quatre forces fondamentales qui régissent le comportement des particules et elles étaient quasi identiques en termes mathématiques. Leur principale différence était que les particules associées à une de ces forces possédaient une masse alors que celles associées à l'autre force n'en possédaient pas. Seul le boson de Higgs pouvait expliquer cela. On théorisa alors qu'aux tout débuts de l'Univers, un "champ de Higgs" avait une valeur zéro et que ces deux forces n'en formaient qu'une. Quasi immédiatement après la survenance du Big Bang, le champ de Higgs prit une valeur non-zéro et les deux forces se séparèrent. L'une, l'électro-magnétisme, fut -et reste- portée par les particules sans masse qui constituent la lumière, soit les photons, qui ignorent le champ de Higgs. L'autre, la force faible, qui est responsable de certaines formes de radio-activité, fut -et reste- portée par des particules lourdes, les bosons W et Z, lesquels interagissent avec le champ de Higgs et acquièrent donc une masse. La matière ordinaire subséquente a fini par acquérir l'essentiel de sa masse par des interactions qui ont eu lieu entre diverses particules, ainsi les quarks. Le boson de Higgs même, lui, peut se représenter comme une sorte de point excité au sein du champ de Higgs. Le boson et le champ sont essentiellement nécessaires pour les calculs qui expliquent comment les forces électro-magnétique et faible s'unissent en la force électro-faible. Cette unification, elle, permet de prédire le comportement des autres particules. Ou, inversement, en expliquant la différence des masses entre les photons et les bosons, le boson de Higgs a permis aux physiciens d'unir la force électro-magnétique et la force faible en la seule force électro-faible. La particule trouvée au CERN ne présente que moins d'une chance sur 1 million qu'il s'agisse d'une découverte fortuite, soit ce que les physiciens appellent "cinq déviations standards". Que va-t'il advenir maintenant? Les physiciens, essentiellement, parce qu'au CERN, ils sont partisans des théories spéculatives des super-cordes, pourraient chercher des indices qu'il existe une autre théorie, qui dépasse le Modèle standard, une théorie plus globale qui mènerait à une compréhension unifiée de l'Univers. Ainsi, par exemple, le boson découvert semble avoir une radioactivité qui crée des couples de photons deux fois plus fréquemment que ne le prédit le Modèle standard de la physique; par contre, elle ne crée de boson tau et W moins souvent que la théorie ne l'affirme. Ces comportements sont loins d'étre statistiquement significatifs mais si de nouvelles études les confirment, ils pourraient signifier qu'on peut dépasser le Modèle standard. Il se pourrait aussi que le boson découvert en 2012 est une particule composite, qui serait faite de plus petites particules voire qu'il représente le premier élément d'une nouvelle classe de bosons, qu'on appelerait "bosons de la famille de Higgs". Le résultat de ces nouvelles recherches sera rendu public à la fin 2012. Par ailleurs, on doit noter que la masse du boson de Higgs elle-même reste une énigme. Selon les calculs que permet le Modèle standard, le boson de Higgs devrait être très lourd et instable (à moins d'une correction forte -et improbable- aux calculs). Une théorie, que beaucoup de physiciens admettent, dite la "supersymétrie", elle, prédit un boson de Higgs plus léger. Mais aucun signe de supersymétrie n'a été découvert au LHC. De plus la masse découverte au boson de Higgs -130 GeV- est trop importante pour s'accorder même au plus simple des modèles de la supersymétrie. On savait déjà depuis longtemps que le Modèle standard, d'une façon générale, n'était pas cohérent si l'on ne prenait pas en compte le boson de Higgs. Le nouveau boson devrait avoir un spin zéro et sera également déterminante pour s'assurer de l'identité du boson la façon dont sa radio-activité donnera d'autres particules. Le boson de Higgs permet d'expliquer, par exemple que le photon, qui porte la force électro-magnétique, n'ait pas de masse à l'encontre des particules qui transportent la force faible (cette dissymétrie était incompatible avec la symétrie fondamentale, dite "de gauge", sur laquelle est fondé le Modèle standard)
Comme toutes les particules fondamentales, le boson de Higgs possède une quantité fixée et quantique de mouvement angulaire (ou spin) ainsi qu'une propriété de symétrie (appelée parité) laquelle peut être soit pair ou impaire et qui affecte, par exemple, comment le boson de Higgs, via la radioactivité, se transforme en d'autres particules. Selon le Modèle standard le boson de Higgs devrait avoir -et a- un spin 0 et une parité positive. En 2018, on a observé que le boson de Higgs se transforme en une paire de particules élémentaires -des "bottom quarks", ce qui confirme le rôle du champ de Higgs dans l'acquisition de masse par les particules de la matière. Le boson de Higgs se transforme presqu'immédiatement après être apparu. En 2018 aussi, les chercheurs du CERN ont trouvé que les fragments de boson de Higgs, résultant de la collision de protons, interagissent avec le top quark, en terme de force, d'une manière cohérente avec le Modèle standard
Le boson et le champ de Higgs, par ailleurs, pourraient être à l'origine d'une fin possible de l'Univers. Le boson de Higgs étant une excitation du champ du même nom, lequel emplit tout l'Univers. Toute particule du Modèle standard acquiert une masse en interagissant avec le champ. Or un champ quantique, comme tout objet du monde physique, peut se trouver dans différents états d'énergie; le champ de Higgs pourrait donc passer à un état inférieur d'énergie. De plus, le champ de Higgs, selon les études les plus récentes, se trouve dans un état de "métastabilité", ni stable dans un état bas, ni instable dans un état supérieur mais extra-stable dans un état intermédiaire -ce qui explique que l'Univers existe depuis 13 milliards d'années. Via l'"effet tunnel", un phénomène quantique banal qui permet à un objet ou un champ de traverser les "parois" qui le bordent, le champ de Higgs pourrait donc, un jour, "basculer dans le vide", le vide de Higgs s'épaississant et toutes les particules acquérant une masse trop forte, les électrons, par exemple, s'écrasant sur le noyau des atomes. Selon les théoriciens, la métastabilité du champ de Higgs serait cependant de 10100 années (des dizaines de milliards de milliards d'années). Mais la mécanique quantique étant, par nature, imprévisible, le mouvement pourrait se produire à tout moment. Encore un bémol à cette théorie: comme les énergies impliquées seraient cent millions de fois plus puissantes que celles qu'atteint le LHC de Genève, le Modèle standard pourrait ne plus s'appliquer à ces énergies. La masse du boson de Higgs est de 126 milliards d'électron-volts soit 126 fois la masse du proton. Cette valeur est juste celle nécessitée pour que l'Univers soit fondamentalement instable, ce qui peut être soit une coincidence soit le résultat de la physique
D'autres questions sont en suspens: par exemple celle de savoir quelles sont les très faibles forces qui sont à l'oeuvre dans les transmutations radio-actives de très long terme telle celle du proton (1032 années; 100 000 milliards de milliards de milliards d'années); ces forces seraient aussi responsables de la masse des neutrinos. L'autre grand centre d'intérêt de la physique moderne est la recherche de théories qui permettraient de rendre compte d'une unification supérieure des forces de la physique. Les physiciens rêvent de pouvoir démontrer que les forces forte, faible et électro-magnétique peuvent exister de manière unifiée (sans doute aux tout débuts de l'Univers). C'est ce qu'on appellerait la "Grande Théorie Unifiée" (en anglais: "Grand Unified Theory", "GUT"). Cette démarche est fondée puisque les théories mathématiques qui décrivent les trois forces peuvent être semblable et que, par ailleurs, les recherches dites des "théories des cordes" essaient, elles, d'unifier toutes les forces physiques (les trois précédentes et la gravité) -bien que la gravité, par ailleurs, repose sur des mathématiques différentes et que, pour l'instant, il n'y ait pas de théorie quantique de la gravité. Si tout cela venait à se concrétiser, émergerait alors une nouvelle explication du monde physique, qui, comme ça été le cas lors des deux précédentes révolutions, incorporerait les explications précédentes: la newtonienne, l'einsteinienne et le modèle standard. La compréhension du modèle standard est importante en astronomie: le Big Bang s'analyse comme le processus par lequel les forces unifiées de la physique se sont peu à peu scindées et les particules élémentaires se sont formées puis associées. La dernière découverte importante en matière de particules est une particule nouvelle, appelée "theta"; elle a été découverte au laboratoire du RHIC, à Brookhaven; elle est étonnament composée de 4 quarks et d'1 anti-quark, ce qui n'est pas conforme à ce qui est connu à l'heure actuelle. Les prochaines avancées en matière de physique des particules seront certainement le fait du futur "Large Hadron Collider Particle Accelerator" ("accélérateur de particules à grand générateur de collisions entre hadrons") qui sera construit par le CERN ("European Organization for Nuclear Research") à la frontière franco-suisse, près de Genève. Sur un autre point, les collisions entre particules et anti-particules produisent souvent des mésons "B-bar" qui consistent en un quark de flagrance bottom et son anti-quark. En étudiant un type particulier de radioactivité de ces mésons, qui les voit produire un méson D (un quark et un anti-quark dont l'un de flagrance charm), un anti-neutrino et un lepton tau, des chercheurs américains ont découvert que cette radioactivité a lieu plus souvent que ne le prédit le Modèle standard. Malgré 6 ans de travaux, le LHC n'a rien détecté d'inattendu concernant le Modèle standard; cependant ce dernier, en tant que description de l'Univers, est incomplet: il n'explique pas l'antimatière ni la matière noire ou l'énergie noire. Les recherches actuelles en physique, en 2018, s'orientent vers une meilleure compréhension de l'électron, des neutrons ou des atomes qui pourraient présenter une violation de l'une des symétries de la physique ou vers la radioactivité des mésons B lesquels contiennent le quark b (pour "bottom" ou "beauty")
Le Modèle standard, d'une façon générale, n'est pas valable au-delà des températures et des pressions auxquelles il a été conçu et pour lesquelles il est avéré. Cela amène donc à ce que le Modèle standard lui-même n'est pas capable d'expliquer entièrement les premiers moments de l'Univers, époques auxquelles les températures et les pressions étaient plus élevées encore
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