A quiconque sauf un physicien, cela ressemble à quelque chose de "Star Trek". Mais l'universalité des leptons est une chose réelle.

Cela a à voir avec le modèle standard de la physique des particules, qui décrit et prédit le comportement de toutes les particules et forces connues, sauf la gravité. Parmi eux se trouvent des leptons chargés :électrons, muons et taus.

Une hypothèse fondamentale du modèle standard est que les interactions de ces particules élémentaires sont les mêmes malgré leurs masses et durées de vie différentes. C'est l'universalité leptonique. Des tests de précision comparant des processus impliquant des électrons et des muons n'ont révélé aucune violation certaine de cette hypothèse, mais des études récentes sur le lepton tau de masse plus élevée ont produit des observations qui remettent en question la théorie.

Un nouvel examen des résultats de trois expériences indique la forte possibilité que l'universalité des leptons - et peut-être en fin de compte le modèle standard lui-même - doive être révisé. Les découvertes d'une équipe de physiciens internationaux, y compris le boursier postdoctoral UC Santa Barbara Manuel Franco Sevilla, apparaître dans la revue La nature .

"Dans le cadre de ma thèse de doctorat à Stanford, qui était basé sur des travaux antérieurs effectués à l'UCSB par les professeurs Jeff Richman et Michael Mazur, nous avons vu la première observation significative de quelque chose au-delà du modèle standard lors de l'expérience BaBaR menée au SLAC National Accelerator Laboratory, " a déclaré Franco Sevilla. C'était significatif mais pas définitif, il ajouta, notant que des résultats similaires ont été observés dans des expériences plus récentes menées au Japon (Belle) et en Suisse (LHCb). Selon Franco Séville, les trois expériences, pris ensemble, démontrer un résultat plus fort qui remet en cause l'universalité des leptons au niveau de quatre écarts types, ce qui indique une certitude de 99,95 pour cent.

BaBaR, qui signifie détecteur B-Bbar (anti-B), et Belle ont été réalisées dans les usines B. Ces collisionneurs de particules sont conçus pour produire et détecter des mésons B, des particules instables résultant de la collision de puissants faisceaux de particules, afin que leurs propriétés et leur comportement puissent être mesurés avec une grande précision dans un environnement propre. Le LHCb (Large Hadron Collider b) a fourni un environnement à plus haute énergie qui a produit plus facilement des mésons B et des centaines d'autres particules, rendant l'identification plus difficile.

Néanmoins, les trois expériences, qui mesurait les rapports relatifs des désintégrations du méson B, affiché des résultats remarquablement similaires. Les taux de certaines désintégrations impliquant le lepton tau lourd, par rapport à celles impliquant les leptons légers – électrons ou muons – étaient supérieures aux prédictions du modèle standard.

"Le lepton tau est la clé car l'électron et le muon ont été bien mesurés, " a expliqué Franco Sevilla. " Les taus sont beaucoup plus durs car ils se dégradent très rapidement. Maintenant que les physiciens sont en mesure de mieux étudier taus, nous voyons que peut-être l'universalité des leptons n'est pas satisfaite comme le prétend le modèle standard."

Tout en intriguant, les résultats ne sont pas considérés comme suffisants pour établir une violation de l'universalité des leptons. Pour renverser ce précepte de longue date de la physique, il faudrait une signification d'au moins cinq écarts-types. Cependant, Franco Séville a noté, le fait que les trois expériences aient observé un taux de décroissance du tau plus élevé que prévu tout en fonctionnant dans des environnements différents est remarquable.

Une confirmation de ces résultats indiquerait de nouvelles particules ou interactions et pourrait avoir des implications profondes pour la compréhension de la physique des particules. "Nous ne savons pas ce que la confirmation de ces résultats signifiera à long terme, " a déclaré Franco Sevilla. " D'abord, nous devons nous assurer qu'elles sont vraies et ensuite nous aurons besoin d'expériences auxiliaires pour déterminer le sens. »