Une vue de la caverne expérimentale de LHCb. Crédit :Maximilien Brice/CERN
L'expérience LHCb a trouvé des indices de ce qui pourrait être une nouvelle pièce du puzzle de l'antimatière manquante dans notre univers. Ils ont trouvé des preuves alléchantes d'un phénomène appelé violation de la parité de charge (CP) dans les particules connues sous le nom de baryons – une famille de particules dont les membres les plus connus sont les protons et les neutrons qui composent toute la matière de l'univers.
L'idée que les baryons constitués de matière se comportent exactement comme leurs homologues d'antimatière est liée à l'idée de symétrie CP. Toute violation de cette symétrie impliquerait que les lois de la physique ne sont pas les mêmes pour les particules de matière et d'antimatière.
Ceci est important car une compréhension détaillée de la façon dont cette symétrie est violée dans la nature peut contribuer à expliquer l'excès écrasant de matière par rapport à l'antimatière observé dans notre univers, malgré le fait que le Big Bang aurait dû créer des quantités égales de matière et d'antimatière en premier lieu.
Le modèle standard (SM) de la physique des particules prédit qu'une infime quantité de violation de CP existe également dans le secteur des baryons. Bien que les processus de violation de CP aient été étudiés depuis plus de 50 ans, aucun effet significatif n'a été observé avec les particules baryoniques. De plus, La violation de CP telle que décrite dans le SM n'est pas assez importante pour expliquer le déséquilibre matière-antimatière beaucoup plus important. Par conséquent, d'autres sources de violation de CP doivent contribuer, et l'un des principaux objectifs de LHCb est précisément de rechercher de nouvelles sources de violation de CP.
Le nouveau résultat de LHCb est basé sur une analyse des données recueillies au cours des trois premières années d'exploitation du Grand collisionneur de hadrons (LHC). Parmi toutes les particules à vie courte possibles créées à la suite d'une collision proton-proton, la collaboration a comparé le comportement du baryon Λb0 et de son homologue antimatière, b 0 -bar, lorsqu'ils se désintègrent en un proton (ou antiproton) et trois particules chargées appelées pions. Ce processus est extrêmement rare et n'a jamais été observé auparavant. Le taux de production élevé de ces baryons au LHC et les capacités spécialisées du détecteur LHCb ont permis à la collaboration de collecter un échantillon pur d'environ 6 000 de ces désintégrations.
La collaboration LHCb a comparé la distribution des quatre produits de désintégration de l'b 0 et b 0 baryons et calculs de grandeurs spécifiques sensibles à la symétrie CP. Toute différence significative, ou asymétrie, entre de telles quantités pour les cas de matière et d'antimatière serait une manifestation de violation de CP.
Les données de LHCb ont révélé un niveau significatif d'asymétries dans les quantités sensibles à la violation de CP pour le b 0 et b 0 -baryon se désintègre, avec des différences allant jusqu'à 20 pour cent dans certains cas.
Globalement, la signification statistique - c'est ainsi que les physiciens se réfèrent à la probabilité que ce résultat ne soit pas le fruit du hasard - est au niveau de 3,3 écarts-types, et une découverte est revendiquée lorsque cette valeur atteint cinq écarts types. Ces résultats, publié aujourd'hui dans Physique de la nature , sera bientôt mis à jour avec l'ensemble de données plus important collecté jusqu'à présent au cours de la deuxième période d'exploitation du LHC. Si cette preuve antérieure de violation de CP est à nouveau observée avec une plus grande signification dans l'échantillon plus large, le résultat sera une étape importante dans l'étude de la violation de CP.
