Les physiciens de la Collaboration LHCb au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN ont effectué de nouveaux tests de l’universalité des leptons, l’un des principes de base du Modèle standard de la physique des particules. Ce principe stipule que le modèle standard traite les trois leptons chargés (électrons, muons et taons) de manière identique, à l’exception des différences dues à leurs différentes masses. Les nouveaux résultats, publiés dans deux articles sur arXiv.org, sont en accord avec le modèle standard.
Vue du détecteur LHCb. Crédit photo : CERN.
L’un des principaux mystères de la physique des particules est la raison pour laquelle les 12 quarks et leptons élémentaires sont disposés en paires sur trois générations identiques en tous points, sauf en masse, la matière ordinaire étant constituée de particules de la première génération, la plus légère.
L’universalité de la saveur lepton stipule que les forces fondamentales sont aveugles à la génération à laquelle appartient un lepton.
Ces dernières années, cependant, une accumulation de résultats provenant de LHCb et d’expériences menées au Japon et aux États-Unis ont suggéré que ce n’était peut-être pas le cas, ce qui a suscité une excitation prudente chez les physiciens, qui craignent qu’une théorie plus fondamentale – peut-être une théorie permettant d’éclaircir la mystérieuse structure des saveurs du modèle standard – ne se révèle au LHC.
L’intérêt pour les “anomalies de saveur” a atteint son apogée en mars 2021, lorsque le LHCb a présenté de nouveaux résultats comparant les vitesses auxquelles certains mésons B, particules composites contenant des quarks de beauté, se désintègrent en muons et en électrons.
Selon la théorie, les désintégrations impliquant des muons et des électrons devraient se produire à la même vitesse, une fois que les différences de masse des leptons sont prises en compte.
Mais les résultats du LHCb ont laissé entendre que les mésons B se désintègrent en muons à un taux plus faible que prévu, comme l’indique la signification statistique des résultats de 3,1 écarts-types par rapport à la prédiction du modèle standard.
La nouvelle analyse de LHCb, qui est en cours depuis cinq ans, est plus complète.
Elle considère pour la première fois deux modes différents de désintégration des mésons B simultanément et permet un meilleur contrôle des processus de fond qui peuvent imiter la désintégration des mésons B en électrons.
De plus, les deux modes de désintégration sont mesurés dans deux régions de masse différentes, ce qui permet quatre comparaisons indépendantes des désintégrations.
Les résultats, qui dépassent les comparaisons précédentes, sont en excellent accord avec le principe d’universalité de la saveur des leptons.
Les mesures des rapports entre les désintégrations de mésons B rares et les électrons et muons ont suscité beaucoup d’intérêt ces dernières années parce qu’elles sont théoriquement “propres” et qu’elles sont cohérentes avec les anomalies observées dans d’autres processus de saveur”, a déclaré le porte-parole de la collaboration LHCb, le professeur Chris Parkes, physicien à l’université de Manchester et au CERN.
“Les résultats présentés aujourd’hui sont le produit d’une étude complète des deux principaux modes en utilisant notre échantillon de données complet et en appliquant de nouvelles techniques plus robustes.”
“Ces résultats sont compatibles avec les attentes de notre théorie.”
