Les accélérateurs de particules sont des dispositifs puissants qui utilisent des champs électromagnétiques pour propulser des particules chargées comme des électrons ou des protons à des vitesses proches de la vitesse de la lumière, puis les écraser de front. Ce qui se passe en un clin d'œil lors de ces collisions à grande vitesse peut nous renseigner sur certains des secrets fondamentaux de la nature.

Dans un nouvel article du numéro du 1er juin de la revue Lettres d'examen physique , Bhupal Dev, professeur assistant de physique en Arts &Sciences à l'Université de Washington à St. Louis, décrit comment les futurs accélérateurs pourraient écraser des particules chargées d'une nouvelle manière pour faire la lumière sur leur comportement.

Des théoriciens comme Dev s'efforcent de définir les grandes idées qui façonneront l'approche expérimentale des collisionneurs de prochaine génération, comme le collisionneur linéaire international, être construit au Japon, ou le collisionneur circulaire électron-positon, proposé en Chine.

Dev, qui a écrit l'article avec le boursier postdoctoral Yongchao Zhang de l'Université de Washington et Rabi Mohapatra de l'Université du Maryland, recherche un signal clair de quelque chose au-delà du modèle standard de la physique des particules.

"Il existe de solides preuves expérimentales qu'il y a effectivement une nouvelle physique qui se cache dans le secteur des leptons, " a dit Dev.

Lui et ses collaborateurs croient qu'un nouveau collisionneur construit pour s'écraser comme un point, particules chargées appelées leptons, qui n'ont pas de structure interne, est le meilleur pari pour trouver cette nouvelle physique.

Cette approche est différente de celle utilisée dans l'accélérateur de particules le plus célèbre d'aujourd'hui, le Large Hadron Collider (LHC). Construit par l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, ou CERN, les chercheurs ont utilisé le LHC pour découvrir le boson de Higgs, la particule qui est censée donner de la masse à toutes les particules élémentaires.

Mais il y a des questions profondes auxquelles le LHC n'est pas idéalement placé pour répondre.

Les nouveaux travaux de Dev sur les collisionneurs de leptons étaient initialement motivés par le phénomène des oscillations des neutrinos. Les neutrinos sont la contrepartie électriquement neutre des leptons chargés, et ils ont été observés pour changer d'une espèce à l'autre d'une manière quantique-mécanique. Cela suggère un petit, mais non nul, masse pour les neutrinos.

"Depuis que nous avons observé directement les oscillations des neutrinos, les chercheurs ont essayé de voir l'effet équivalent chez les frères et sœurs chargés de neutrinos, tels que les muons se transformant en électrons, " a dit Dev.

Cela permettrait de mieux comprendre la génération de masse de neutrinos, ce qui est difficile à expliquer par le même mécanisme de Higgs que pour les autres particules élémentaires.

Mais si loin, les recherches pour ces processus rares ont été confinées à des énergies bien inférieures à celles attendues sur la nouvelle échelle de la physique.

Dans leur nouveau papier, Dev et ses collègues proposent comment rechercher la preuve de la "violation de la saveur" des leptons - le moment de la transformation des particules chargées en d'autres types de particules chargées - à la frontière des hautes énergies, en utilisant les nouveaux collisionneurs. Dans le modèle standard, ces effets sont connus pour être négligeables. Par conséquent, tout signal positif serait le signe d'une nouvelle physique.

En particulier, ils suggèrent une possibilité due à la présence d'un nouveau type de boson de Higgs qui pourrait être responsable des minuscules masses de neutrinos.