Les physiciens de la collaboration ATLAS au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN ont réussi à mesurer ” l’universalité de la saveur des leptons “, un principe fondamental du Modèle standard de la physique des particules. Leurs résultats sont les premières mesures de ce type effectuées par le LHC, et les plus précises à ce jour, dépassant la précision obtenue par les expériences du prédécesseur du LHC, le Grand collisionneur électron-positron.
Les physiciens d’ATLAS ont testé la force d’attraction entre les muons ou les leptons τ et un autre type de particule fondamentale, le boson W. Crédit image : CERN.
Notre compréhension des particules élémentaires et des forces fondamentales électromagnétiques, faibles et fortes qui agissent entre elles est formulée dans le modèle standard de la physique des particules.
Les leptons sont un type de particule élémentaire. Les électrons, les muons et les leptons τ représentent trois variétés (ou saveurs) de leptons chargés.
Le modèle standard suppose que les couplages des particules médiatrices de la force faible – connues sous le nom de bosons de jauge électrofaibles “W” ou “Z” – avec les leptons se produisent quelle que soit leur saveur. C’est ce qu’on appelle l’universalité de la saveur des leptons.
Les physiciens de la collaboration ATLAS ont étudié si cette “vérité universelle” est vraie pour le couplage du muon et du lepton τ au boson W.
” C’est un axiome fondamental du modèle standard que les couplages des bosons de jauge électrofaibles (W, Z) aux leptons chargés, gℓ, sont indépendants de la masse des leptons “, ont-ils expliqué.
“Cette hypothèse fondamentale est appelée “universalité de la saveur des leptons” et est testée dans cette étude en comparant les taux de désintégration relatifs des bosons W sur coquille aux leptons τ et aux muons.”
Les chercheurs ont obtenu un échantillon propre de bosons W à partir de la désintégration de quarks supérieurs produits dans des collisions proton-proton et enregistrés avec le détecteur ATLAS au LHC.
En mesurant le rapport des taux de désintégration du W vers un lepton τ et vers un muon, ils ont pu conclure que la force faible interagit de la même manière avec les deux types de leptons.
“En utilisant 139 fb-1 de collisions proton-proton enregistrées avec le détecteur ATLAS à une énergie de centre de masse de 13 TeV, nous rapportons une mesure de cette quantité à partir d’événements tt¯ di-leptoniques où les quarks supérieurs se désintègrent en un boson W et un quark inférieur”, ont-ils déclaré.
“Nous pouvons distinguer les muons provenant de bosons W et ceux provenant d’un lepton τ intermédiaire grâce au paramètre d’impact transversal du muon et aux différences dans les spectres de moment transversal du muon.”
“La valeur mesurée de R(τ/μ) est de 0,992 et est en accord avec l’hypothèse de couplages leptoniques universels tels que postulés dans le modèle standard.”
Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Physics.
