Les symétries font tourner le monde, mais les asymétries aussi. Un exemple concret est une asymétrie connue sous le nom d'asymétrie charge-parité (CP), qui est nécessaire pour expliquer pourquoi la matière dépasse largement l'antimatière dans l'univers actuel, même si les deux formes de matière auraient dû être créées en quantités égales dans le Big Bang. .

Le modèle standard de la physique des particules - la théorie qui décrit le mieux les éléments constitutifs de la matière et leurs interactions - comprend des sources d'asymétrie CP, et certaines de ces sources ont été confirmées par des expériences. Cependant, ces sources du modèle standard génèrent collectivement une quantité d'asymétrie CP bien trop faible pour tenir compte du déséquilibre matière-antimatière dans l'univers, ce qui incite les physiciens à rechercher de nouvelles sources d'asymétrie CP.

Dans deux enquêtes indépendantes récentes, les collaborations internationales ATLAS et CMS au Large Hadron Collider (LHC) se sont tournées vers le boson de Higgs qu'elles ont découvert il y a dix ans pour voir si cette particule unique cache une nouvelle source inconnue d'asymétrie CP.

Les équipes d'ATLAS et de CMS avaient auparavant recherché - et n'avaient trouvé aucun signe d'asymétrie CP dans les interactions du boson de Higgs avec d'autres bosons ainsi qu'avec la particule fondamentale la plus lourde connue, le quark top. Dans leurs dernières études, ATLAS et CMS ont recherché cette asymétrie dans l'interaction entre le boson de Higgs et le lepton tau, une version plus lourde de l'électron.

Pour rechercher cette asymétrie, ATLAS et CMS ont d'abord recherché des bosons de Higgs se transformant, ou « se désintégrant », en paires de leptons tau dans les données de collision proton-proton enregistrées par les expériences lors de la deuxième période d'exploitation du LHC (2015-2018). Ils ont ensuite analysé le mouvement de cette désintégration, ou "cinématique", qui dépend d'un angle, appelé angle de mélange, qui quantifie la quantité d'asymétrie CP dans l'interaction entre le boson de Higgs et le lepton tau.

Dans le modèle standard, l'angle de mélange est nul et donc l'interaction est symétrique CP, ce qui signifie qu'elle reste la même sous une transformation qui échange une particule avec l'image miroir de son antiparticule. Dans les théories qui étendent le modèle standard, cependant, l'angle peut s'écarter de zéro et l'interaction peut être partiellement ou totalement asymétrique CP en fonction de l'angle ; un angle de -90 ou +90 degrés correspond à une interaction entièrement CP-asymétrique, alors que tout angle entre les deux, sauf 0 degré, correspond à une interaction partiellement CP-asymétrique.

Après avoir analysé leurs échantillons de désintégrations du boson de Higgs en leptons tau, l'équipe ATLAS a obtenu un angle de mélange de 9 ± 16 degrés et l'équipe CMS de −1 ± 19 degrés, qui excluent tous deux une interaction boson de Higgs-lepton tau totalement asymétrique CP avec une signification statistique d'environ trois écarts-types.

Les résultats sont cohérents avec le modèle standard dans la précision de mesure actuelle. Plus de données permettront aux chercheurs de confirmer cette conclusion ou de repérer l'asymétrie CP dans l'interaction boson de Higgs-lepton tau, ce qui aurait un impact profond sur notre compréhension de l'histoire de l'univers.

Avec la troisième exploitation du LHC qui doit bientôt démarrer, les collaborations ATLAS et CMS n'auront pas besoin d'attendre trop longtemps avant de pouvoir fournir plus de données à leurs kits d'analyse pour savoir si le boson de Higgs cache ou non une nouvelle source de CP asymétrie. + Explorer plus loin

Se focaliser sur l'interaction du boson de Higgs avec le quark charme