La collaboration CMS au Large Hadron Collider (LHC) a réalisé un nouveau test sur un modèle qui a été développé pour expliquer la minuscule masse de neutrinos, des particules électriquement neutres qui changent de type lorsqu'elles voyagent dans l'espace.

Dans le modèle standard de la physique des particules, les particules qui ne peuvent pas être décomposées en constituants plus petits, tels que les quarks et les électrons, gagnent leur masse grâce à leurs interactions avec un champ fondamental associé au boson de Higgs. Les neutrinos font toutefois exception ici, car ce mécanisme de Higgs ne peut expliquer leur masse. Les physiciens étudient donc des explications alternatives pour la masse des neutrinos.

Une explication théorique populaire est un mécanisme qui associe un neutrino léger connu à un neutrino lourd hypothétique. Dans ce modèle, le neutrino le plus lourd joue le rôle d'un enfant plus grand sur une balançoire, soulevant le neutrino le plus léger pour lui donner une petite masse. Mais, pour que ce modèle en dents de scie fonctionne, les neutrinos devraient être des particules de Majorana, c'est-à-dire leurs propres particules d'antimatière.

Dans sa récente étude, l'équipe CMS a testé le modèle en dents de scie en recherchant les neutrinos de Majorana produits par un processus spécifique, appelé fusion vecteur-boson, dans les données de collisions à haute énergie au LHC recueillies par le détecteur CMS entre 2016 et 2018. Si qu'ils aient eu lieu, ces événements de collision se traduiraient par deux muons (versions plus lourdes de l'électron) qui avaient la même charge électrique, deux "jets" de particules qui avaient une grande masse totale et étaient éloignés l'un de l'autre, et aucun neutrino.

Après avoir identifié et soustrait un arrière-plan d'événements de collision qui ressemblent presque aux événements recherchés, les chercheurs de CMS n'ont trouvé aucun signe de neutrinos de Majorana dans les données. Cependant, ils ont pu établir de nouvelles limites sur un paramètre du modèle en dents de scie qui décrit le mélange quantique entre un neutrino léger connu et un neutrino lourd hypothétique.

Les résultats incluent des limites qui dépassent celles obtenues dans les recherches précédentes du LHC pour un neutrino lourd de Majorana avec une masse supérieure à 650 milliards d'électronvolts (GeV), et les premières limites directes pour un neutrino lourd de Majorana qui a une masse supérieure à 2 000 milliards d'électronvolts (TeV ) et jusqu'à 25 TeV.

Alors que le LHC devrait être de retour en mode collision cet été, après un redémarrage réussi le 22 avril, l'équipe CMS peut espérer collecter davantage de données et essayer à nouveau la bascule. + Explorer plus loin

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