Les résultats préliminaires de deux expériences suggèrent que quelque chose ne va pas avec la façon dont les physiciens pensent que l'univers fonctionne, une perspective qui a le domaine de la physique des particules à la fois déconcerté et ravi.

De minuscules particules appelées muons ne font pas tout à fait ce que l'on attend d'elles dans deux expériences différentes de longue durée aux États-Unis et en Europe. Les résultats déconcertants - s'ils sont prouvés - révèlent des problèmes majeurs avec le livre de règles que les physiciens utilisent pour décrire et comprendre comment l'univers fonctionne au niveau subatomique.

"Nous pensons que nous pourrions nager dans une mer de particules de fond tout le temps qui n'ont tout simplement pas été directement découvertes, " Chris Polly, co-scientifique en chef de l'expérience Fermilab, a déclaré lors d'une conférence de presse. " Il pourrait y avoir des monstres que nous n'avons pas encore imaginés qui émergent du vide en interaction avec nos muons et cela nous donne une fenêtre pour les voir. "

Le livre de règles, appelé le modèle standard, a été développé il y a environ 50 ans. Des expériences menées au cours des décennies ont affirmé à maintes reprises que ses descriptions des particules et des forces qui composent et gouvernent l'univers étaient à peu près exactes. Jusqu'à maintenant.

"De nouvelles particules, la nouvelle physique pourrait être juste au-delà de nos recherches, " a déclaré Alexey Petrov, physicien des particules de la Wayne State University. " C'est alléchant. "

Le Fermilab du département de l'Énergie des États-Unis a annoncé mercredi les résultats de 8,2 milliards de courses le long d'une piste à l'extérieur de Chicago qui, bien que ho-hum pour la plupart des gens, excitent les physiciens :les champs magnétiques des muons ne semblent pas être ce que le modèle standard dit qu'ils devraient être. Cela fait suite à de nouveaux résultats publiés le mois dernier par le Grand collisionneur de hadrons du Centre européen de recherche nucléaire, qui ont trouvé une proportion surprenante de particules à la suite de collisions à grande vitesse.

Si confirmé, les résultats américains seraient la plus grande découverte dans le monde bizarre des particules subatomiques en près de 10 ans, depuis la découverte du boson de Higgs, souvent appelée la « particule de Dieu, " a déclaré Aida El-Khadra de l'Université de l'Illinois, qui travaille sur la physique théorique pour l'expérience Fermilab.

Le point des expériences, explique David Kaplan, physicien théoricien de l'Université Johns Hopkins, est de séparer les particules et de découvrir s'il se passe "quelque chose de drôle" à la fois avec les particules et l'espace apparemment vide entre elles.

"Les secrets ne vivent pas seulement dans la matière. Ils vivent dans quelque chose qui semble remplir tout l'espace et le temps. Ce sont des champs quantiques, " a déclaré Kaplan. "Nous mettons de l'énergie dans le vide et voyons ce qui en sort."

Les deux ensembles de résultats impliquent l'étrange, particule fugace appelée le muon. Le muon est le cousin le plus lourd de l'électron qui orbite autour du centre d'un atome. Mais le muon ne fait pas partie de l'atome, il est instable et n'existe normalement que pendant deux microsecondes. Après sa découverte dans les rayons cosmiques en 1936, cela a tellement déconcerté les scientifiques qu'un célèbre physicien a demandé « Qui a commandé cela ? »

« Depuis le tout début, cela faisait se gratter la tête, " dit Graziano Venanzoni, un physicien expérimental dans un laboratoire national italien, qui est l'un des meilleurs scientifiques de l'expérience américaine Fermilab, appelé Muon g-2.

L'expérience envoie des muons autour d'une piste magnétisée qui maintient les particules en existence suffisamment longtemps pour que les chercheurs puissent les examiner de plus près. Les résultats préliminaires suggèrent que le « spin » magnétique des muons est inférieur de 0,1 % à ce que prédit le modèle standard. Cela peut sembler peu, mais pour les physiciens des particules, c'est énorme - plus que suffisant pour bouleverser les connaissances actuelles.

Les chercheurs ont besoin d'un an ou deux pour finir d'analyser les résultats de tous les tours autour de la piste de 14 mètres (50 pieds). Si les résultats ne changent pas, cela comptera comme une découverte majeure, dit Venanzoni.

Séparément, au plus grand écraseur d'atomes du monde au CERN, les physiciens y ont écrasé des protons les uns contre les autres pour voir ce qui se passe après. L'une des nombreuses expériences distinctes des collisionneurs de particules mesure ce qui se passe lorsque des particules appelées quarks de beauté ou de fond entrent en collision.

Le modèle standard prédit que ces crashs de quarks beauté devraient entraîner un nombre égal d'électrons et de muons. C'est un peu comme lancer une pièce 1, 000 fois et obtenir à peu près le même nombre de têtes et de queues, a déclaré Chris Parkes, chef de l'expérience de beauté du grand collisionneur de hadrons.

Mais ce n'est pas ce qui s'est passé.

Les chercheurs se sont penchés sur les données de plusieurs années et de quelques milliers d'accidents et ont trouvé une différence de 15 %, avec beaucoup plus d'électrons que de muons, a déclaré le chercheur expérimental Sheldon Stone de l'Université de Syracuse.

Aucune de ces expériences n'est encore qualifiée de découverte officielle, car il y a encore une petite chance que les résultats soient des bizarreries statistiques. Exécuter les expériences plus de fois - prévu dans les deux cas - pourrait, dans un an ou deux, atteindre les exigences statistiques incroyablement strictes pour que la physique la salue comme une découverte, les chercheurs ont dit.

Si les résultats tiennent, ils bouleverseraient "tous les autres calculs effectués" dans le monde de la physique des particules, dit Kaplan.

"Ce n'est pas un facteur de fudge. C'est quelque chose qui ne va pas, " dit Kaplan. Que quelque chose pourrait être expliqué par une nouvelle particule ou force.

Ou ces résultats peuvent être des erreurs. En 2011, une découverte étrange qu'une particule appelée neutrino semblait voyager plus vite que la lumière menaçait le modèle, mais cela s'est avéré être le résultat d'un problème de connexion électrique lâche dans l'expérience.

"Nous avons vérifié toutes nos connexions câblées et nous avons fait ce que nous pouvions pour vérifier nos données, " Stone a dit. " Nous sommes plutôt confiants, mais tu ne sais jamais."

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