Désintégration très rare d'un méson de beauté impliquant un électron et un positon observée à LHCb. Crédit :Imperial College de Londres
La collaboration LHCb au CERN a découvert que les particules ne se comportent pas comme elles le devraient selon la théorie directrice de la physique des particules, le modèle standard.
Le modèle standard de la physique des particules prédit que les particules appelées quarks de beauté, mesurées dans l'expérience LHCb, devrait se désintégrer en muons ou en électrons dans une mesure égale. Cependant, le nouveau résultat suggère que cela peut ne pas se produire, ce qui pourrait indiquer l'existence de nouvelles particules ou interactions non expliquées par le modèle standard.
Des physiciens de l'Imperial College de Londres et des universités de Bristol et de Cambridge ont mené l'analyse des données pour produire ce résultat, avec le financement du Conseil des installations scientifiques et technologiques. Le résultat a été annoncé aujourd'hui lors de la conférence Moriond Electroweak Physics et publié sous forme de prépublication.
Au-delà du modèle standard
Le modèle standard est la meilleure théorie actuelle de la physique des particules, décrivant toutes les particules fondamentales connues qui composent notre Univers et les forces avec lesquelles elles interagissent.
Cependant, le modèle standard ne peut pas expliquer certains des mystères les plus profonds de la physique moderne, y compris la composition de la matière noire et le déséquilibre entre la matière et l'antimatière dans l'Univers.
Les chercheurs ont donc recherché des particules se comportant de manières différentes de celles attendues dans le modèle standard, pour aider à expliquer certains de ces mystères.
Dr Mitesh Patel, du département de physique de l'Impériale et l'un des principaux physiciens derrière la mesure, a déclaré : « Nous tremblions lorsque nous avons examiné les résultats pour la première fois, nous étions si excités. Nos cœurs battaient un peu plus vite.
"Il est trop tôt pour dire s'il s'agit véritablement d'un écart par rapport au modèle standard, mais les implications potentielles sont telles que ces résultats sont la chose la plus excitante que j'ai faite en 20 ans sur le terrain. Cela a été un long voyage pour arriver ici ."
L'expérience LHCb est l'une des quatre grandes expériences du Grand collisionneur de hadrons du CERN, situé sous terre à la frontière franco-suisse près de Genève. Crédit :CERN
Blocs de construction de la nature
Les résultats d'aujourd'hui ont été produits par l'expérience LHCb, l'un des quatre énormes détecteurs de particules du Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN.
Le LHC est le collisionneur de particules le plus grand et le plus puissant au monde :il accélère les particules subatomiques à presque la vitesse de la lumière, avant de les écraser l'un contre l'autre. Ces collisions produisent une rafale de nouvelles particules, que les physiciens enregistrent et étudient ensuite afin de mieux comprendre les éléments de base de la nature.
La mesure mise à jour remet en question les lois de la nature qui traitent les électrons et leurs cousins plus lourds, muons, à l'identique, à l'exception de petites différences dues à leurs masses différentes.
Selon le modèle standard, les muons et les électrons interagissent avec toutes les forces de la même manière, les quarks de beauté créés à LHCb devraient donc se désintégrer en muons aussi souvent qu'ils le font en électrons.
Mais ces nouvelles mesures suggèrent que les désintégrations pourraient se produire à des rythmes différents, ce qui pourrait suggérer des particules inédites faisant pencher la balance loin des muons.
Ouverture du détecteur LHCb pour installer une mise à niveau. Crédit :CERN
Doctorat impérial étudiant Daniel Moise, qui a fait la première annonce des résultats lors de la conférence Moriond Electroweak Physics, a déclaré:"Le résultat offre un indice intrigant d'une nouvelle particule ou force fondamentale qui interagit d'une manière que les particules actuellement connues de la science ne font pas.
"Si cela est confirmé par d'autres mesures, cela aura un impact profond sur notre compréhension de la nature au niveau le plus fondamental."
Pas gagné d'avance
En physique des particules, l'étalon-or pour la découverte est de cinq écarts types, ce qui signifie qu'il y a 1 chance sur 3,5 millions que le résultat soit un coup de chance. Ce résultat correspond à trois écarts, ce qui signifie qu'il y a toujours 1 chance sur 1000 que la mesure soit une coïncidence statistique. Il est donc trop tôt pour tirer des conclusions définitives.
Dr Michael McCann, qui a également joué un rôle de premier plan dans l'équipe impériale, a déclaré:"Nous savons qu'il doit y avoir de nouvelles particules à découvrir parce que notre compréhension actuelle de l'Univers est insuffisante à bien des égards - nous ne savons pas de quoi est fait 95% de l'Univers, ou pourquoi il y a un si grand déséquilibre entre la matière et l'antimatière, nous ne comprenons pas non plus les schémas des propriétés des particules que nous connaissons.
"Alors que nous devons attendre la confirmation de ces résultats, J'espère que nous pourrons un jour considérer cela comme un tournant, où nous avons commencé à répondre à certaines de ces questions fondamentales."
Il appartient maintenant à la collaboration LHCb de vérifier davantage leurs résultats en rassemblant et en analysant davantage de données, pour voir s'il reste des preuves de certains phénomènes nouveaux. L'expérience LHCb devrait commencer à collecter de nouvelles données l'année prochaine, suite à une mise à niveau du détecteur.
