Il y a eu une énorme excitation lorsque le boson de Higgs a été repéré pour la première fois en 2012 – une découverte qui a remporté le prix Nobel de physique en 2013. La particule a complété le modèle dit standard, notre meilleure théorie actuelle de compréhension de la nature au niveau des particules.

Maintenant, les scientifiques du Grand collisionneur de hadrons (LHC) au Cern pensent qu'ils ont peut-être vu une autre particule, détecté comme un pic à une certaine énergie dans les données, bien que la conclusion soit encore à confirmer. Encore une fois, il y a beaucoup d'excitation parmi les physiciens des particules, mais cette fois, il est mélangé avec un sentiment d'anxiété. Contrairement à la particule de Higgs, qui a confirmé notre compréhension de la réalité physique, cette nouvelle particule semble la menacer.

Le nouveau résultat - consistant en une mystérieuse bosse dans les données à 28 GeV (une unité d'énergie) - a été publié en tant que pré-impression sur ArXiv . Ce n'est pas encore dans une revue à comité de lecture – mais ce n'est pas un gros problème. Les collaborations LHC ont des procédures d'examen internes très strictes, et nous pouvons être sûrs que les auteurs ont fait les sommes correctement lorsqu'ils signalent une "significativité de l'écart type de 4,2". Cela signifie que la probabilité d'obtenir un pic aussi important par hasard – créé par un bruit aléatoire dans les données plutôt qu'une particule réelle – n'est que de 0,0013 %. C'est minuscule – 13 sur un million. Il semble donc qu'il s'agisse d'un événement réel plutôt que d'un bruit aléatoire – mais personne n'ouvre encore le champagne.

Ce que disent les données

De nombreuses expériences LHC, qui brisent des faisceaux de protons (particules dans le noyau atomique) ensemble, trouver des preuves de particules nouvelles et exotiques en recherchant une accumulation inhabituelle de particules connues, comme les photons (particules de lumière) ou les électrons. C'est parce que les particules lourdes et "invisibles" telles que le Higgs sont souvent instables et ont tendance à se désintégrer (se désintégrer) en particules plus légères qui sont plus faciles à détecter. Nous pouvons donc rechercher ces particules dans les données expérimentales pour déterminer si elles sont le résultat d'une désintégration de particules plus lourdes. Le LHC a trouvé de nombreuses nouvelles particules grâce à ces techniques, et ils ont tous été intégrés dans le modèle standard.

La nouvelle découverte vient d'une expérience impliquant le détecteur CMS, qui a enregistré un certain nombre de paires de muons - des particules bien connues et facilement identifiables qui sont similaires aux électrons, mais plus lourd. Il a analysé leurs énergies et leurs directions et a demandé :si cette paire provenait de la désintégration d'une seule particule parente, quelle serait la masse de ce parent ?

Dans la plupart des cas, les paires de muons proviennent de sources différentes – provenant de deux événements différents plutôt que de la désintégration d'une particule. Si vous essayez de calculer une masse mère dans de tels cas, elle s'étalerait donc sur une large gamme d'énergies plutôt que de créer un pic étroit spécifiquement à 28 GeV (ou une autre énergie) dans les données. Mais dans ce cas, il semble certainement qu'il y ait un pic. Peut-être. Vous pouvez regarder la figure et vous pouvez juger par vous-même.

Est-ce un vrai pic ou s'agit-il simplement d'une fluctuation statistique due à la dispersion aléatoire des points sur l'arrière-plan (la courbe en pointillés) ? Si c'est vrai, cela signifie que quelques-unes de ces paires de muons proviennent en effet d'une grosse particule parente qui s'est désintégrée en émettant des muons – et aucune particule de 28 GeV n'a jamais été vue auparavant.

Donc tout cela a l'air plutôt intriguant, mais, l'histoire nous a appris la prudence. Des effets aussi importants sont apparus dans le passé, seulement pour disparaître lorsque plus de données sont prises. L'anomalie Digamma (750) est un exemple récent d'une longue succession de fausses alarmes – de fausses « découvertes » dues à des problèmes d'équipement, analyse trop enthousiaste ou tout simplement de la malchance.

Cela est en partie dû à ce qu'on appelle "l'effet regarder ailleurs" :bien que la probabilité qu'un bruit aléatoire produise un pic si vous regardez spécifiquement une valeur de 28 GeV peut être de 13 sur un million, un tel bruit pourrait donner un pic ailleurs dans l'intrigue, peut-être à 29 GeV ou 16 GeV. Les probabilités que celles-ci soient dues au hasard sont également minimes lorsqu'on les considère respectivement, mais la somme de ces petites probabilités n'est pas si petite (bien que toujours assez petite). Cela signifie qu'il n'est pas impossible qu'un pic soit créé par un bruit aléatoire.

Et il y a des aspects déroutants. Par exemple, la bosse est apparue dans un run du LHC mais pas dans un autre, quand l'énergie a été doublée. On s'attendrait à ce que tout nouveau phénomène prenne de l'ampleur lorsque l'énergie est plus élevée. Il se peut qu'il y ait des raisons à cela, mais pour le moment c'est un fait inconfortable.

Nouvelle réalité physique ?

La théorie est encore plus incongrue. Tout comme les physiciens expérimentaux des particules passent leur temps à chercher de nouvelles particules, les théoriciens passent leur temps à penser à de nouvelles particules qu'il serait logique de rechercher :des particules qui combleraient les pièces manquantes du modèle standard, ou expliquer la matière noire (un type de matière invisible), ou les deux. Mais personne n'a suggéré quelque chose comme ça.

Par exemple, les théoriciens suggèrent que nous pourrions trouver une version plus légère de la particule de Higgs. Mais rien de cet acabit ne se désintégrerait en muons. On a aussi parlé d'un boson Z léger ou d'un photon lourd, mais ils interagiraient avec les électrons. Cela signifie que nous aurions probablement déjà dû les découvrir car les électrons sont faciles à détecter. La nouvelle particule potentielle ne correspond aux propriétés d'aucune de celles proposées.

Si cette particule existe vraiment, alors ce n'est pas seulement en dehors du modèle standard mais en dehors de celui-ci d'une manière que personne n'avait anticipée. Tout comme la gravité newtonienne a cédé la place à la relativité générale d'Einstein, le modèle standard sera remplacé. Mais le remplaçant ne sera aucun des candidats privilégiés qui ont déjà été proposés pour étendre le modèle standard :y compris la supersymétrie, dimensions supplémentaires et théories de la grande unification. Ceux-ci proposent tous de nouvelles particules, mais aucun avec des propriétés comme celle que nous venons de voir. Ce devra être quelque chose de si étrange que personne ne l'a encore suggéré.

Heureusement, l'autre grande expérience LHC, ATLAS, a des données similaires de leurs expériences L'équipe est toujours en train de l'analyser, et fera rapport en temps voulu. L'expérience cynique dit qu'ils rapporteront un signal nul, et ce résultat rejoindra la galerie des fluctuations statistiques. Mais peut-être – juste peut-être – ils verront quelque chose. Et puis la vie des expérimentateurs et des théoriciens deviendra soudainement très chargée et très intéressante.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.