De nouvelles preuves d'une particule inconnue qui pourrait transporter une cinquième force de la nature donnent à la collaboration NA64 au CERN une nouvelle incitation à poursuivre les recherches.

En 2015, une équipe de scientifiques a repéré un problème inattendu, ou "anomalie", dans une transition nucléaire qui pourrait s'expliquer par la production d'une particule inconnue. Environ un an plus tard, les théoriciens ont suggéré que la nouvelle particule pourrait être la preuve d'une nouvelle force fondamentale de la nature, en plus de l'électromagnétisme, gravité et les forces fortes et faibles. Les résultats ont attiré l'attention du monde entier et ont incité, entre autres études, une recherche directe de la particule par la collaboration NA64 au CERN.

Un nouveau papier de la même équipe, dirigé par Attila Krasznahorkay à l'institut Atomki en Hongrie, signale maintenant une autre anomalie, dans une transition nucléaire similaire, cela pourrait aussi s'expliquer par la même particule hypothétique.

La première anomalie repérée par l'équipe de Krasznahorkay a été observée dans une transition de noyaux de béryllium-8. Cette transition émet un photon virtuel de haute énergie qui se transforme en un électron et son homologue antimatière, un positron. En examinant le nombre de paires électron-positon à différents angles de séparation, les chercheurs ont trouvé un surplus inattendu de paires à un angle de séparation d'environ 140º. En revanche, la théorie prédit que le nombre de paires diminue avec l'augmentation de l'angle de séparation, sans excès à un angle particulier. Krasznahorkay et ses collègues ont estimé que l'excès pouvait être interprété par la production d'une nouvelle particule d'une masse d'environ 17 millions d'électronvolts (MeV), la particule "X17", qui se transformerait en une paire électron-positon.

La dernière anomalie signalée par l'équipe de Krasznahorkay, dans un article qui n'a pas encore été évalué par des pairs, est aussi sous la forme d'un excès de paires électron-positon, mais cette fois l'excès provient d'une transition de noyaux d'hélium-4. "Dans ce cas, l'excès se produit à un angle de 115º mais il peut aussi être interprété par la production d'une particule d'une masse d'environ 17 MeV, " a expliqué Krasznahorkay. " Le résultat vient étayer notre précédent résultat et l'existence possible d'une nouvelle particule élémentaire, " il ajoute.

Sergueï Gninenko, porte-parole de la collaboration NA64 au CERN, qui n'a pas trouvé de traces de X17 dans sa recherche directe, dit :« Les anomalies d'Atomki pourraient être dues à un effet expérimental, un effet de physique nucléaire ou quelque chose de complètement nouveau comme une nouvelle particule. Pour tester l'hypothèse qu'ils sont causés par une nouvelle particule, une analyse théorique détaillée de la compatibilité entre les résultats du béryllium-8 et de l'hélium-4 ainsi qu'une confirmation expérimentale indépendante sont cruciales."

La collaboration NA64 recherche X17 en envoyant un faisceau de dizaines de milliards d'électrons de l'accélérateur Super Synchrotron à Protons sur une cible fixe. Si X17 existait, les interactions entre les électrons et les noyaux de la cible produiraient parfois cette particule, qui se transformerait alors en une paire électron-positon. La collaboration n'a jusqu'à présent trouvé aucune indication que de tels événements ont eu lieu, mais ses ensembles de données leur ont permis d'exclure une partie des valeurs possibles pour la force de l'interaction entre X17 et un électron. L'équipe met maintenant à niveau son détecteur pour la prochaine série de recherches, qui devraient être plus stimulants mais en même temps plus excitants, dit Gninenko.

Parmi les autres expériences qui pourraient également rechercher X17 dans les recherches directes, citons l'expérience LHCb. Jesse Thaler, un physicien théoricien du Massachusetts Institute of Technology, dit :« D'ici 2023, l'expérience LHCb devrait être en mesure d'effectuer une mesure définitive pour confirmer ou infirmer l'interprétation des anomalies d'Atomki comme résultant d'une nouvelle force fondamentale. En attendant, des expériences telles que NA64 peuvent continuer à réduire les valeurs possibles des propriétés de la particule hypothétique, et chaque nouvelle analyse apporte avec elle la possibilité (aussi lointaine soit-elle) de découverte."