Une équipe de scientifiques hongrois a récemment publié un article faisant allusion à l'existence d'une particule subatomique jusqu'alors inconnue. L'équipe a signalé pour la première fois avoir trouvé des traces de la particule en 2016, et ils rapportent maintenant plus de traces dans une expérience différente.

Si les résultats sont confirmés, la particule dite X17 pourrait aider à expliquer la matière noire, la substance mystérieuse que les scientifiques pensent représente plus de 80% de la masse de l'univers. Il peut être porteur d'une "cinquième force" au-delà des quatre prises en compte dans le modèle standard de la physique (gravité, électromagnétisme, la force nucléaire faible et la force nucléaire forte).

Briser des atomes

La plupart des chercheurs qui recherchent de nouvelles particules utilisent d'énormes accélérateurs qui brisent les particules subatomiques ensemble à grande vitesse et regardent ce qui sort de l'explosion. Le plus grand de ces accélérateurs est le Large Hadron Collider en Europe, où le boson de Higgs, une particule que les scientifiques chassaient depuis des décennies, a été découvert en 2012.

Attila J. Krasznahorkay et ses collègues de l'ATOMKI (l'Institut de Recherche Nucléaire de Debrecen, Hongrie) ont adopté une approche différente, mener des expériences plus petites qui tirent les particules subatomiques appelées protons au noyau de différents atomes.

En 2016, ils ont examiné des paires d'électrons et de positons (la version antimatière des électrons) produites lorsque les noyaux de béryllium-8 sont passés d'un état de haute énergie à un état de basse énergie.

Ils ont trouvé un écart par rapport à ce qu'ils s'attendaient à voir lorsqu'il y avait un grand angle entre les électrons et les positons. Cette anomalie pourrait être mieux expliquée si le noyau émettait une particule inconnue qui plus tard "se scinde" en un électron et un positon.

Cette particule devrait être un boson, qui est le genre de particule qui transporte la force, et sa masse serait d'environ 17 millions d'électrons-volts. C'est à peu près aussi lourd que 34 électrons, ce qui est assez léger pour une particule comme celle-ci. (Le boson de Higgs, par exemple, est supérieur à 10, 000 fois plus lourd.)

En raison de sa masse, Krasznahorkay et son équipe ont appelé la particule hypothétique X17. Maintenant, ils ont observé un comportement étrange dans les noyaux d'hélium-4 qui peut également s'expliquer par la présence de X17.

Cette dernière anomalie est statistiquement significative :un niveau de confiance de sept sigma, ce qui signifie qu'il n'y a qu'une très petite possibilité que le résultat soit le fruit du hasard. C'est bien au-delà de la norme cinq sigma habituelle pour une nouvelle découverte, donc le résultat semblerait suggérer qu'il y a une nouvelle physique ici.

Contrôle et double contrôle

Cependant, la nouvelle annonce et celle de 2016 ont suscité le scepticisme de la communauté des physiciens, le genre de scepticisme qui n'existait pas lorsque deux équipes ont annoncé simultanément la découverte du boson de Higgs en 2012.

Alors pourquoi est-il si difficile pour les physiciens de croire qu'un nouveau boson léger comme celui-ci pourrait exister ?

D'abord, les expériences de ce genre sont difficiles, ainsi que l'analyse des données. Des signaux peuvent apparaître et disparaître. En 2004, par exemple, le groupe de Debrecen a trouvé des preuves qu'ils ont interprétées comme l'existence possible d'un boson encore plus léger, mais quand ils ont répété l'expérience, le signal avait disparu.

Seconde, il faut s'assurer que l'existence même de X17 est compatible avec les résultats d'autres expériences. Dans ce cas, tant le résultat 2016 avec le béryllium que le nouveau résultat avec l'hélium peuvent s'expliquer par l'existence de X17 mais un contrôle indépendant d'un groupe indépendant est toujours nécessaire.

Krasznahorkay et son groupe ont signalé pour la première fois des preuves faibles (à un niveau de trois sigma) d'un nouveau boson en 2012 lors d'un atelier en Italie.

Depuis lors, l'équipe a répété l'expérience en utilisant un équipement amélioré et a réussi à reproduire les résultats du béryllium-8, ce qui est rassurant, tout comme les nouveaux résultats sur l'hélium-4. Ces nouveaux résultats ont été présentés lors du symposium HIAS 2019 à l'Australian National University à Canberra.

Qu'est-ce que cela a à voir avec la matière noire ?

Les scientifiques pensent que la majeure partie de la matière de l'univers est invisible pour nous. La matière dite noire n'interagirait que très faiblement avec la matière normale. Nous pouvons en déduire qu'il existe à partir de ses effets gravitationnels sur les étoiles et les galaxies lointaines, mais il n'a jamais été détecté en laboratoire.

Alors, où X17 entre-t-il ?

En 2003, chez l'un de nous (Boehm) a montré qu'une particule comme X17 pouvait exister, dans un ouvrage co-écrit avec Pierre Fayet et seul. Il transporterait la force entre les particules de matière noire de la même manière que les photons, ou des particules de lumière, faire pour la matière ordinaire.

Dans l'un des scénarios que j'ai proposés, des particules légères de matière noire pourraient parfois produire des paires d'électrons et de positrons d'une manière similaire à ce que l'équipe de Krasznahorkay a vu.

Ce scénario a conduit à de nombreuses recherches dans des expériences à basse énergie, qui ont écarté beaucoup de possibilités. Cependant, X17 n'a pas encore été exclu, auquel cas le groupe Debrecen aurait en effet découvert comment les particules de matière noire communiquent avec notre monde.

Plus de preuves requises

Si les résultats de Debrecen sont très intéressants, la communauté des physiciens ne sera pas convaincue qu'une nouvelle particule a bien été découverte tant qu'il n'y aura pas de confirmation indépendante.

Nous pouvons donc nous attendre à ce que de nombreuses expériences à travers le monde à la recherche d'un nouveau boson léger commencent à rechercher des preuves de X17 et de son interaction avec des paires d'électrons et de positons.

Si la confirmation arrive, la prochaine découverte pourrait être les particules de matière noire elles-mêmes.

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