Les scientifiques à la recherche de preuves d'une nouvelle physique dans les processus particulaires qui pourraient expliquer la matière noire et d'autres mystères de l'univers ont fait un pas de plus, avec le nouveau résultat de l'expérience NA62 rapporté aujourd'hui au CERN.

L'expérience, dirigé par une équipe internationale de scientifiques, démontre une nouvelle technique qui capture et mesure la désintégration ultra rare d'une particule subatomique appelée kaon.

leurs résultats, présenté lors d'un séminaire du CERN le lundi 23 septembre, montrer comment des mesures précises de ce processus pourraient faire allusion à une nouvelle physique, au-delà du modèle standard développé dans les années 1970.

Le modèle standard est encore couramment utilisé pour décrire les forces fondamentales et les éléments constitutifs de l'univers et est une théorie très réussie, mais il y a plusieurs mystères de l'univers que le modèle standard n'explique pas, comme la nature de la matière noire, ou les origines du déséquilibre matière-antimatière dans l'univers. Les physiciens ont recherché des extensions au modèle standard qui peuvent prédire de nouvelles particules ou interactions qui peuvent expliquer ces phénomènes.

La nouvelle mesure a été effectuée au laboratoire de physique des particules du CERN par une équipe dirigée par l'Université de Birmingham. Le but de l'expérimentation, appelé NA62, est d'étudier les kaons des particules subatomiques, contenant le quark étrange, et une manière particulière dont ils se transforment en d'autres types de particules avec une probabilité d'environ 1 sur 10 milliards.

Ce processus est prédit en détail par le modèle standard avec une incertitude de moins de 10 pour cent, donc tout écart par rapport à cette prédiction est un signe clair et excitant d'une nouvelle physique. En combinant les jeux de données 2016 et 2017, l'équipe constate que la fréquence relative de ce processus serait d'au plus 24,4 pour 100 milliards de désintégrations de K+. Ce résultat combiné est compatible avec la prédiction du modèle standard et permet à l'équipe de mettre des limites aux théories au-delà du modèle standard qui prédisent des fréquences supérieures à cette limite supérieure.

« Ce processus de désintégration du kaon est appelé « canal d'or » parce que la combinaison d'être ultra-rare et parfaitement prédit dans le modèle standard. Il est très difficile à capturer, et est très prometteur pour les scientifiques à la recherche d'une nouvelle physique, " explique le professeur Cristina Lazzeroni, Professeur de physique des particules à l'Université de Birmingham, et porte-parole de NA62. "En capturant une mesure précise de la désintégration, nous pouvons identifier les écarts par rapport à la prédiction du modèle standard. Le nouveau résultat a encore des statistiques limitées mais nous a déjà permis de commencer à imposer des contraintes sur certains nouveaux modèles de physique."

L'expérience s'est déroulée sur trois ans sur le site du CERN de Prévessin, en France et implique environ 200 scientifiques de 27 institutions. L'objectif était de mesurer précisément comment la particule de kaon se désintègre en un pion et une paire neutrino-antineutrino à l'aide du faisceau de protons du super synchrotron à protons (SPS) du CERN. Les kaons sont créés en faisant entrer en collision des protons de haute énergie du SPS dans une cible de béryllium stationnaire. Cela crée un faisceau de particules secondaires qui contient et se propage près d'un milliard de particules par seconde, dont environ 6% sont des kaons.

Parce que le processus mesuré est si rare, l'équipe a dû faire particulièrement attention à ne rien faire qui puisse fausser le résultat. Pour cette raison, l'expérience a été réalisée comme une "analyse à l'aveugle, " où les physiciens ne regardent d'abord que le fond pour vérifier que leur compréhension des différentes sources est correcte. Seulement une fois qu'ils en sont satisfaits, ils examinent la région des données où le signal est censé se trouver. Cette « ouverture de la boîte aveugle » a été réalisée le 10 septembre lors de la Conférence internationale sur la physique de Kaon, KAON2019, tenue à Pérouse, Italie.

Le professeur Lazzeroni a ajouté :« C'est un grand pas en avant pour le domaine de la physique des particules qui nous permettra d'explorer de nouvelles façons de comprendre notre univers. Cela a été rendu possible grâce à un énorme effort d'équipe de tous les instituts collaborateurs et au soutien continu de CERN."

L'expérience analysera d'autres données prises en 2018 et les publiera l'année prochaine. Il est également prévu de collecter davantage de données pour affiner la mesure à partir de 2021, lorsque le SPS du CERN reprendra ses activités.