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W prime et Z prime
De nombreuses théories prédisent que les expériences du LHC trouveront des versions plus massives des bosons élémentaires que nous connaissons.
Pratiquement toutes les théories de la grande unification, c'est-à-dire les théories qui s'efforcent d'unifier les différentes forces connues en une seule, prédisent l'existence d'une particule appelée Z prime ou Z'. Certaines de ces théories prédisent aussi l'existence d'une particule appelée W prime, ou W'.
Trouver W' ou Z' permettrait d'expliquer comment les forces sont liées les unes avec les autres. Ou cela pourrait ouvrir la voie à une autre physique au-delà du Modèle standard, en révélant les caractéristiques des dimensions supplémentaires ou le mécanisme qui donne aux particules élémentaires leur masse.
Les particules élémentaires du Modèle standard de la physique peuvent être réparties en deux groupes, les fermions et les bosons. Les fermions sont des particules de matière alors que les bosons sont les particules porteuses de forces. Toute interaction entre deux particules est le résultat de l'échange de bosons, tels que les photons, porteurs de la force électromagnétique, les gluons, porteurs de la force nucléaire forte, et enfin les bosons W et Z, porteurs de la force nucléaire faible. Ces particules sont appelées bosons de jauge en raison de la façon dont elles interagissent. Les W et les Z sont des bosons de jauge lourds, parce qu'ils sont nettement plus massifs que les autres bosons. De nouveaux bosons de jauge lourds pourraient avoir certaines propriétés en commun avec le W et le Z.
L'observation de bosons W' ou Z' pourrait être importante pour la recherche des dimensions supplémentaires. La taille des dimensions supplémentaires serait inversement proportionnelle aux masses des bosons. Plus la masse du W' ou du Z' est réduite, plus les dimensions supplémentaires seront grandes.
Grâce aux bosons W' et Z', les physiciens pourraient ne plus avoir besoin du boson de Higgs, la particule censée compléter la description cohérente des masses des particules élémentaires. À première vue, il semble que le Modèle standard impose que toutes les particules élémentaires que nous connaissons soient dépourvues de masse. Or les bosons W et Z sont sans l'ombre d'un doute des particules massives. À des énergies élevées, ce fait remet en cause les premiers principes de la mécanique quantique et de la relativité restreinte, les deux piliers de la physique moderne. Ajouter au modèle le boson de Higgs résout le problème ; ajouter un boson W' ou Z' est une autre solution possible.
Autre possibilité, le boson Z' pourrait jouer le rôle de la matière noire, une substance invisible dont les physiciens postulent qu'elle a influencé la formation de l'Univers.
Les bosons W' et Z' pourraient être découverts dans toute une gamme de masses et interagir de diverses façons avec les autres particules. Plus les physiciens en sauront sur les nouveaux bosons de jauge lourds, mieux ils pourront déterminer, parmi les théories de la nouvelle physique, lesquelles pourraient être justes…
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