La collaboration Beijing Spectrometer (BESIII) a rapporté une nouvelle méthode pour sonder les différences entre la matière et l'antimatière avec une extrême sensibilité. Les résultats ont été publiés dans Nature le 2 juin.

En physique des particules, chaque type de particule a une antiparticule correspondante. La théorie standard du Big Bang nous dit que l'Univers aurait dû avoir la même quantité de matière et d'antimatière au début. Cependant, toutes les données disponibles indiquent que l'Univers observable est majoritairement composé de baryons plutôt que d'antibaryons, ce qui intrigue la communauté scientifique depuis plus d'un demi-siècle. La matière et l'antimatière suivent-elles des lois physiques différentes ?

De nos jours, les physiciens pensent que pour expliquer l'origine dynamique de l'asymétrie baryon-antibaryon, les lois de la physique doivent tenir compte des processus qui violent la conjugaison de charge et la symétrie de parité (CP). En bref, la symétrie CP signifie que les particules et les antiparticules suivent les mêmes lois. Par exemple, les schémas de désintégration des particules et des antiparticules doivent être les mêmes. Pour expliquer l'asymétrie baryon-antibaryon, la symétrie CP doit être violée plus largement que ne le prévoyait le modèle standard de la physique des particules, qui a connu jusqu'à présent un immense succès.

Les chercheurs de la collaboration BESIII ont exploité d'étranges baryons pour faire la lumière sur la violation de CP. Les baryons étranges sont constitués de trois quarks, tout comme les protons, mais contiennent un ou plusieurs quarks étranges plus lourds et instables. En observant la désintégration du quark étrange, l'orientation du spin du baryon peut être déterminée.

Au BESIII, des systèmes de paires baryon-antibaryon double étrange sont créés dans des annihilations d'électrons avec des positrons. Les nouveaux résultats montrent que les paires baryon-antibaryon produites ont une direction privilégiée.

De plus, les directions de spin du baryon et de l'antibaryon sont corrélées, en raison de l'intrication quantique. L'étude des distributions angulaires des produits de désintégration de tels systèmes permet de séparer la contribution des processus violant CP qui sont décrits par la valeur non nulle de la phase dite faible. Cette phase n'avait jamais été mesurée directement jusqu'à ce résultat par BESIII comme décrit dans la Nature article.

Bien qu'aucun signe de violation de CP n'ait été observé dans l'échantillon de données analysé, cette méthode expérimentale peut être appliquée à des ensembles de données plus importants collectés au BESIII ou dans de futures installations. Les chercheurs espéraient observer un signal de violation de CP d'une taille confirmant ou infirmant les prédictions du modèle standard.

L'expérience BESIII est hébergée par l'Institut de physique des hautes énergies de l'Académie chinoise des sciences située à Pékin, en Chine, et a été lancée en 2009. BESIII est une collaboration internationale composée d'environ 500 physiciens de 17 pays différents d'Asie, d'Europe et des Amériques. . + Explorer plus loin

Expérience BESIII :Recherche d'une nouvelle physique dans la région de l'énergie de charme, progrès et perspectives