Une infographie d'un événement simulé dans lequel un boson Z' est produit par des collisions e+e-, en association avec deux muons (ligne verte et hits) et se désintègre en particules invisibles. Dans cette figure, le boson Z' se désintègre en un neutrino et un anti-neutrino invisibles, mais il peut aussi se désintégrer en la particule de matière noire et son antiparticule. Crédit :KEK / Collaboration Belle II
L'expérience Belle II collecte des données à partir de mesures physiques depuis environ un an. Après plusieurs années de travaux de reconstruction, l'accélérateur d'électrons-positons SuperKEKB et le détecteur Belle II ont été améliorés par rapport à leurs prédécesseurs afin d'atteindre un débit de données 40 fois supérieur.
Les scientifiques de 12 instituts en Allemagne sont impliqués dans la construction et l'exploitation du détecteur, développer des algorithmes d'évaluation et analyser les données. L'Institut Max Planck de physique a apporté une contribution substantielle au développement du détecteur très sensible le plus interne, le détecteur de sommets de pixels.
Avec l'aide de Belle II, les scientifiques recherchent des traces d'une nouvelle physique qui pourrait expliquer l'occurrence inégale de la matière et de l'antimatière et la mystérieuse matière noire. L'une des particules encore inconnues que le détecteur Belle II recherche est le boson Z′, une variante du boson Z, qui agit comme une particule d'échange pour l'interaction faible.
Pour autant que nous sachions, environ 25% de l'univers est constitué de matière noire, alors que la matière visible représente un peu moins de 5 % du budget énergétique. Les deux formes de matière s'attirent par gravité. La matière noire forme ainsi une sorte de gabarit pour la répartition de la matière visible. Cela se voit, par exemple, dans l'arrangement des galaxies dans l'univers.
Lien entre matière noire et matière normale
Le boson Z′ pourrait jouer un rôle intéressant dans l'interaction entre la matière noire et la matière visible, (c'est à dire., il pourrait être une sorte de médiateur entre les deux formes de matière). Le boson Z′ peut, du moins théoriquement, résulter de la collision d'électrons (matière) et de positons (antimatière) dans le SuperKEKB, puis se désintégrer en particules de matière noire invisibles.
Le boson Z′ peut ainsi aider les scientifiques à comprendre le comportement de la matière noire. Quoi de plus, la découverte du boson Z′ pourrait également expliquer d'autres observations qui ne sont pas cohérentes avec le modèle standard, la théorie fondamentale de la physique des particules.
Les électrons et les positons entrent en collision dans le détecteur Belle II. Crédit :ill./© :Belle II
Indice important :détection de paires de muons
Mais comment détecter le boson Z′ dans le détecteur Belle II ? Pas directement, c'est sûr. Des modèles théoriques et des simulations prédisent que le boson Z′ pourrait se révéler par des interactions avec des muons, les parents les plus lourds des électrons. Si les scientifiques découvrent un nombre inhabituellement élevé de paires de muons de charge opposée après les collisions électron/positon ainsi que des écarts inattendus dans la conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement, ce serait une indication importante du boson Z′.
Cependant, les nouvelles données Belle II n'ont encore fourni aucune indication sur le boson Z′. Mais avec les nouvelles données, les scientifiques peuvent limiter la masse et les forces de couplage du boson Z′ avec une précision jusqu'alors inaccessible.
Plus de données, des analyses plus précises
"Malgré la quantité encore faible de données, nous pouvons maintenant faire des mesures qui n'ont jamais été faites auparavant, " dit le porte-parole des groupes allemands, Dr Thomas Kuhr de l'Université Ludwig Maximilian de Munich. "Cela souligne le rôle important de l'expérience Belle II dans l'étude des particules élémentaires."
Ces premiers résultats proviennent de l'analyse d'une petite quantité de données collectées lors de la phase de démarrage de SuperKEKB en 2018. Belle II est entré en pleine opération le 25 mars, 2019. Depuis, l'expérience a collecté des données tout en améliorant continuellement le taux de collision des électrons et des positons.
Si l'expérience est parfaitement réglée, il fournira beaucoup plus de données que dans les analyses récemment publiées. Les physiciens espèrent ainsi acquérir de nouvelles connaissances sur la nature de la matière noire et d'autres questions sans réponse.
