Toutes les théories physiques sont des représentations simplifiées de la réalité, et en conséquence, ont une plage d'application spécifiée. De nombreux scientifiques travaillant sur l'expérience LHCb au CERN avaient espéré que la précision exceptionnelle de la mesure de la désintégration rare du méson Bs0 délimiterait enfin les limites du modèle standard, la théorie actuelle de la structure de la matière, et révèlent des phénomènes inconnus de la physique moderne. Mais le résultat spectaculaire de la dernière analyse n'a servi qu'à étendre le champ d'application du modèle standard.

Les mésons sont des particules instables résultant de collisions de protons. Les physiciens sont convaincus que dans certaines très rares désintégrations de ces particules, des processus peuvent potentiellement se produire qui peuvent révéler la physique, avec la participation de particules élémentaires jusqu'alors inconnues. Les scientifiques du LHC se sont penchés sur la désintégration du méson Bs0 en un muon et un anti-muon. L'analyse la plus récente, réalisé pour un nombre d'événements beaucoup plus important que jamais, a obtenu un résultat qui montre un excellent accord avec les prédictions du modèle standard.

Le professeur Mariusz Witek de l'Institut de physique nucléaire de l'Académie polonaise des sciences (IFJ PAN) à Cracovie, dit, "Ce résultat est une victoire spectaculaire, seulement que c'est légèrement à la Pyrrhus. Il est, En réalité, l'un des rares cas où l'expérimentation s'accorde avec la théorie, mais cause toujours des inquiétudes. Avec l'amélioration de la précision de la mesure des désintégrations des mésons Bs0, nous nous attendions à voir de nouveaux phénomènes au-delà du modèle standard, ce que nous savons avec tous n'est certainement pas la théorie ultime. Mais plutôt, nous avons seulement montré que le modèle est plus précis que nous ne le pensions à l'origine."

Le modèle standard est un cadre théorique développé dans les années 1970 pour décrire les phénomènes se produisant parmi les particules élémentaires. Le modèle décrit la matière comme composée de particules élémentaires d'un groupe appelé fermions, y compris les quarks (down, en haut, étrange, charme, vrai et beau) et les leptons (électrons, muons, tauons et leurs neutrinos associés). Dans le modèle, il y a aussi des particules d'antimatière associées à leurs particules de matière respectives. Les bosons intermédiaires sont responsables de la transmission des forces entre les fermions; les photons sont porteurs de forces électromagnétiques; huit sortes de gluons sont porteurs de forces fortes; bosons W+, W- et Z0 sont responsables de la transmission de forces faibles. Le boson de Higgs, récemment découvert au LHC, donne la masse des particules (toutes sauf les gluons et les photons).

Les muons sont des particules élémentaires ayant des caractéristiques similaires à celles des électrons, seulement environ 200 fois plus massif. À son tour, Les mésons B sont des particules instables constituées de deux quarks :un anti-quark de beauté et un duvet, en haut, quark étrange ou charme. La désintégration du méson Bs0 en un muon et un anti-muon (doté d'une charge électrique positive) se produit extrêmement rarement. Au cours de la période analysée d'exploitation de LHCb, il y a eu des centaines de milliards de collisions de protons au cours desquelles des cascades entières de particules secondaires en désintégration ont été enregistrées. Avec un si grand nombre d'événements dans un processus de sélection en plusieurs étapes, il n'a été possible de relever que quelques cas de cette pourriture. L'un d'eux peut être visualisé en 3D ici.

Dans sa plus récente analyse, l'équipe de l'expérience LHCb a pris en compte non seulement la première mais aussi la deuxième phase d'exploitation du LHC. Les statistiques plus approfondies ont fourni une précision de mesure de la désintégration exceptionnelle du méson de beauté en un muon et un anti-muon, jusqu'à 7,8 écarts-types (généralement désignés par la lettre grecque sigma). En pratique, cela signifie que la probabilité d'enregistrer un résultat similaire par fluctuation aléatoire est inférieure à un à plus de 323 billions.

"La mesure spectaculaire de la désintégration du méson de beauté en une paire muon-anti-muon est en accord avec les prédictions du modèle standard avec une précision allant jusqu'à neuf décimales, " dit le Pr Witek.

Malgré le résultat, les physiciens sont convaincus que le modèle standard n'est pas une théorie parfaite. Il ne prend pas en compte l'existence de la gravité, il n'explique pas la prédominance de la matière sur l'antimatière dans l'univers contemporain, il n'offre aucune explication de la nature de la matière noire, il ne donne aucune réponse quant à la raison pour laquelle les fermions sont composés de trois familles. En outre, pour que le modèle standard fonctionne, plus de 20 constantes choisies empiriquement doivent être prises en compte, y compris la masse de chaque particule.

"La dernière analyse réduit considérablement les valeurs des paramètres qui devraient être assumées par certaines extensions actuellement proposées du modèle standard, par exemple, théories supersymétriques. Ils supposent que chaque type existant de particule élémentaire a sa propre contrepartie plus massive, son superpartenaire. Maintenant, à la suite des mesures, les théoriciens traitant de la supersymétrie ont une possibilité réduite d'adapter leur théorie à la réalité. Au lieu de s'approcher, la nouvelle physique recule à nouveau, " conclut le Pr Witek.

Les physiciens prévoient de poursuivre leurs études sur la désintégration du méson Bs0 en la paire muon et anti-muon. Il est encore possible que de nouveaux, les effets non découverts sont plus faibles que prévu et continuent de se perdre dans les erreurs de mesure.