De nouveaux résultats intrigants du CERN remettent en question le modèle standard de la physique des particules Physique

Le modèle standard de la physique des particules fournit actuellement notre meilleure description des particules fondamentales et de leurs interactions. Les nouveaux résultats de la collaboration LHCb (Large Hadron Collider beauty) du CERN suggèrent que les particules ne se comportent pas comme elles le devraient selon le modèle standard.

La désintégration d'un méson B0 en un K0 et une paire électron-positron dans le détecteur LHCb, qui est utilisé pour un test sensible de l'universalité des leptons dans le Modèle standard. Crédit image : CERN.

La désintégration d’un B0 en un méson K0 et une paire électron-positron dans le détecteur LHCb, qui est utilisé pour un test sensible de l’universalité des leptons dans le modèle standard. Crédit image : CERN.

Le modèle standard de la physique des particules fournit des prédictions précises sur les propriétés et les interactions des particules fondamentales, qui ont été confirmées par de nombreuses expériences depuis la création du modèle dans les années 1960.

Cependant, il est clair que le modèle standard est incomplet. Le modèle est incapable d’expliquer les observations cosmologiques de la prédominance de la matière sur l’antimatière, l’apparent contenu en matière noire de l’Univers, ou d’expliquer les modèles observés dans les forces d’interaction des particules.

Les physiciens des particules sont donc à la recherche d’une “nouvelle physique” – les nouvelles particules et interactions qui peuvent expliquer les lacunes du modèle standard.

“Nous avons tremblé lorsque nous avons pris connaissance des résultats, tant nous étions excités. Nos cœurs battaient un peu plus vite”, a déclaré Mitesh Patel, physicien à l’Imperial College de Londres et membre de la collaboration LHCb.

“Il est trop tôt pour dire s’il s’agit véritablement d’une déviation du modèle standard, mais les implications potentielles sont telles que ces résultats sont la chose la plus excitante que j’aie faite en 20 ans dans ce domaine. Le voyage a été long pour en arriver là.”

La mesure effectuée par l’équipe de LHCb compare deux types de désintégration des quarks de beauté.

La première désintégration implique l’électron et la seconde le muon, une autre particule élémentaire similaire à l’électron mais environ 200 fois plus lourde.

L’électron et le muon, ainsi qu’une troisième particule appelée tau, sont des types de leptons et la différence entre eux est appelée saveurs.

Le modèle standard prévoit que les désintégrations impliquant différentes saveurs de leptons doivent se produire avec la même probabilité, une caractéristique connue sous le nom d’universalité des saveurs de leptons qui est habituellement mesurée par le rapport entre les probabilités de désintégration. Dans le modèle standard de la physique des particules, ce rapport devrait être très proche de un.

Les nouveaux résultats indiquent un écart par rapport à l’unité : la signification statistique du résultat est de 3,1 écarts types, ce qui implique une probabilité d’environ 0,1 % que les données soient compatibles avec les prédictions du modèle standard.

“Si une violation de l’universalité de la saveur leptonique devait être confirmée, cela nécessiterait un nouveau processus physique, comme l’existence de nouvelles particules ou interactions fondamentales”, a déclaré le professeur Chris Parkes, physicien à l’université de Manchester et au CERN et porte-parole de la collaboration LHCb.

“D’autres études sur les processus connexes sont en cours à l’aide des données existantes de LHCb. Nous serons impatients de voir si elles renforcent les indices intrigants des résultats actuels.”

L’écart présenté aujourd’hui est cohérent avec un schéma d’anomalies mesurées dans des processus similaires par LHCb et d’autres expériences dans le monde entier au cours de la dernière décennie.

Les nouveaux résultats déterminent le rapport entre les probabilités de désintégration avec une plus grande précision que les mesures précédentes et utilisent pour la première fois toutes les données recueillies par le détecteur LHCb jusqu’à présent.

“Ces nouveaux résultats offrent des indices alléchants de la présence d’une nouvelle particule ou force fondamentale qui interagit différemment avec ces différents types de particules”, a déclaré le Dr Paula Alvarez Cartelle, physicienne au Cavendish Laboratory, basé à l’Université de Cambridge, et membre de la collaboration LHCb.

“Plus nous disposons de données, plus ce résultat se renforce. Cette mesure est la plus significative d’une série de résultats LHCb de la dernière décennie qui semblent tous concorder – et qui pourraient tous pointer vers une explication commune.”

“Les résultats n’ont pas changé, mais leurs incertitudes se sont réduites, ce qui augmente notre capacité à voir les différences possibles avec le modèle standard.”

“La découverte d’une nouvelle force dans la nature est le Saint Graal de la physique des particules”, a ajouté le Dr Konstantinos Petridis, physicien à l’Université de Bristol et membre de l’équipe de recherche.membre de la collaboration LHCb.

“Notre compréhension actuelle des constituants de l’Univers est remarquablement courte – nous ne savons pas de quoi est fait 95% de l’Univers ou pourquoi il y a un si grand déséquilibre entre la matière et l’anti-matière.”

“La découverte d’une nouvelle force ou particule fondamentale, comme le laissent entendre les preuves de différences dans ces mesures, pourrait fournir la percée nécessaire pour commencer à répondre à ces questions fondamentales.”

“Ce résultat va certainement faire battre le cœur des physiciens un peu plus vite aujourd’hui”, a déclaré le Dr Harry Cliff, physicien au Cavendish Laboratory et membre de la collaboration LHCb.

“Nous allons vivre quelques années terriblement excitantes, alors que nous essayons de déterminer si nous avons finalement entrevu quelque chose de tout à fait nouveau.”

“Il appartient maintenant à la Collaboration LHCb de vérifier davantage ses résultats en collationnant et en analysant plus de données, pour voir si les preuves de certains nouveaux phénomènes subsistent.”

Les résultats ont été soumis pour publication dans le journal Nature Physics.

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