Le modèle standard de la physique des particules est-il incorrect sur des points clés ? Récemment, il y a eu une augmentation des observations expérimentales qui s'écartent des prédictions de cette théorie physique largement acceptée. Une étude actuelle de l'Université de Bonn fournit désormais des preuves encore plus solides de l'existence d'une « nouvelle physique ». La version finale de l'article est maintenant publiée dans la revue Physique Lettres B . L'auteur principal Chien-Yeah Seng présentera les résultats à la mi-octobre lors de la réunion d'automne de la U.S. Physical Society.

Le modèle standard de la physique des particules décrit les éléments constitutifs du monde :nous, les humains, les grains de sable sur la plage, l'eau de mer dans laquelle nous nous refroidissons, mais aussi le soleil qui nous brûle. Le modèle explique également quelles forces agissent entre ces particules élémentaires, et nous permet de comprendre de nombreux phénomènes physiques.

"Toutefois, il y a aussi des questions auxquelles cette théorie ne peut pas répondre, " explique le Dr Chien-Yeah Seng, chercheur postdoctoral à l'Institut Helmholtz pour les rayonnements et la physique nucléaire de l'Université de Bonn. "Par exemple, la plupart des chercheurs supposent que 95% de notre univers est composé de matière noire et d'énergie noire, que nous ne pouvons pas détecter directement avec nos instruments de mesure. Mais l'existence de ces composants mystérieux ne peut pas être déduite du modèle standard."

De nombreux chercheurs supposent donc que le modèle standard n'est pas encore la réponse ultime, mais doit être complétée voire fondamentalement modifiée. Un nombre croissant de résultats expérimentaux vont également dans ce sens, par exemple ceux concernant la désintégration des soi-disant kaons. Ces particules sont une composante des rayons cosmiques émanant des étoiles et des galaxies. Ils ne sont pas stables, mais décroissent en moyenne après quelques milliardièmes de seconde.

Petit écart entre la mesure et la théorie

Un paramètre du modèle standard appelé Vus décrit cette décroissance. Sa valeur peut être extraite mathématiquement des données de mesure des expériences. Cependant, si cela est fait pour différents chemins de désintégration des kaons, des résultats différents sont obtenus pour Vus. "Cela pourrait être une indication de la physique au-delà du modèle standard, " précise Seng.

Mais ce n'est pas tout à fait certain. C'est parce qu'il y a fondamentalement trois raisons possibles à cet écart :tout d'abord, les mesures dans les expériences peuvent être erronées ou trop imprécises. Seconde, peut-être que le calcul des désintégrations pertinentes sous le modèle standard n'est pas assez précis. Ou, troisième, le modèle standard est en fait incorrect à ce stade. "La première explication est maintenant considérée comme peu probable, " souligne le Prof. Dr. Ulf Meißner de l'Institut Helmholtz. "D'une part, il est maintenant possible de déterminer Vus expérimentalement avec une précision croissante. Seconde, ces mesures ont maintenant été répétées plusieurs fois."

La théorie est-elle fausse ? Ou le calcul est-il trop imprécis ?

Cependant, on ne sait toujours pas si les calculs des désintégrations dans le cadre du modèle standard sont suffisamment précis pour extraire Vus. En effet, leur calcul n'est possible que de manière approximative, et uniquement avec l'utilisation de supercalculateurs extrêmement puissants. Outre, même les ordinateurs les plus rapides seraient actuellement occupés pendant des décennies afin d'atteindre une précision de calcul suffisamment élevée. "Toutefois, nous avons besoin d'une grande précision pour être suffisamment sûr que l'écart entre les valeurs Vus est bien révélateur d'une erreur dans le modèle standard, ", insiste Seng.

Avec des collègues, le jeune chercheur de Malaisie a maintenant développé une méthode qui peut considérablement raccourcir le temps de calcul. "Pour faire ça, nous avons décomposé le problème - en extrayant avec précision Vus - de nombreux sous-problèmes plus simples, ", dit-il. "Cela a permis de déterminer la valeur de Vus à partir des désintégrations du kaon beaucoup plus rapidement et avec plus de précision qu'auparavant."

Les preuves d'une « nouvelle physique » s'intensifient

Les résultats confirment l'écart entre les valeurs Vus. La preuve d'une « nouvelle physique » au-delà du modèle standard est donc devenue plus forte. "Nous ne pouvons pas encore être complètement sûrs, bien que, " dit Seng, qui présentera ses conclusions à la mi-octobre lors de la réunion d'automne de l'American Physical Society. "Pour ça, nos calculs doivent devenir un peu plus précis. Mais si nos résultats sont confirmés, ce serait certainement l'une des découvertes les plus importantes de la physique des particules ces dernières années."