La semaine dernière, lors de la conférence annuelle des Rencontres de Moriond, la collaboration CMS a présenté une mesure de l'angle de mélange électrofaible effectif des leptoniques. Le résultat est la mesure la plus précise effectuée à ce jour dans un collisionneur de hadrons et est en bon accord avec la prédiction du modèle standard.
Le modèle standard de la physique des particules constitue à ce jour la description la plus précise des particules et de leurs interactions. Des mesures précises de ses paramètres, combinées à des calculs théoriques précis, donnent une puissance prédictive spectaculaire qui permet de déterminer les phénomènes avant même qu'ils ne soient directement observés.
De cette manière, le modèle a réussi à contraindre les masses des bosons W et Z (découverts au CERN en 1983), du quark top (découvert au Laboratoire Fermi en 1995) et, plus récemment, du boson de Higgs (découvert au CERN en 2012). ). Une fois ces particules découvertes, ces prédictions sont devenues des contrôles de cohérence du modèle, permettant aux physiciens d'explorer les limites de la validité de la théorie.
Dans le même temps, les mesures précises des propriétés de ces particules constituent un outil puissant pour rechercher de nouveaux phénomènes au-delà du modèle standard – ce que l’on appelle la « nouvelle physique » – puisque les nouveaux phénomènes se manifesteraient par des écarts entre diverses quantités mesurées et calculées.
L’angle de mélange électrofaible est un élément clé de ces contrôles de cohérence. Il s'agit d'un paramètre fondamental du modèle standard, déterminant comment l'interaction électrofaible unifiée a donné naissance aux interactions électromagnétiques et faibles par le biais d'un processus connu sous le nom de rupture de symétrie électrofaible. En même temps, il relie mathématiquement les masses des bosons W et Z qui transmettent l’interaction faible. Ainsi, les mesures du W, du Z ou de l'angle de mélange fournissent un bon recoupement expérimental du modèle.
Les deux mesures les plus précises du faible angle de mélange ont été réalisées par des expériences au collisionneur LEP du CERN et par l'expérience SLD au Stanford Linear Accelerator Center (SLAC). Les valeurs sont en désaccord les unes avec les autres, ce qui a intrigué les physiciens pendant plus d’une décennie. Le nouveau résultat est en bon accord avec la prédiction du modèle standard et constitue une étape vers la résolution de l'écart entre cette dernière et les mesures LEP et SLD.
"Ce résultat montre que la physique de précision peut être réalisée dans les collisionneurs de hadrons", déclare Patricia McBride, porte-parole de CMS. "L'analyse a dû gérer l'environnement difficile de l'exploitation 2 du LHC, avec une moyenne de 35 collisions proton-proton simultanées. Cela ouvre la voie à une physique plus précise au LHC à haute luminosité, où cinq fois plus de paires de protons entreront en collision simultanément. ."
Les tests de précision des paramètres du modèle standard sont l'héritage des collisionneurs électron-positon, tels que le LEP du CERN, qui a fonctionné jusqu'en 2000 dans le tunnel qui abrite aujourd'hui le LHC. Les collisions électron-positon fournissent un environnement propre parfait pour des mesures de si haute précision.
Les collisions proton-proton dans le LHC sont plus difficiles pour ce type d’études, même si les expériences ATLAS, CMS et LHCb ont déjà fourni une pléthore de nouvelles mesures ultra précises. Le défi est principalement dû à l'énorme expérience des processus physiques autres que celui étudié et au fait que les protons, contrairement aux électrons, ne sont pas des particules élémentaires.
Pour ce nouveau résultat, atteindre une précision similaire à celle d'un collisionneur électron-positon semblait une tâche impossible, mais c'est maintenant chose faite.
La mesure présentée par CMS utilise un échantillon de collisions proton-proton collectées de 2016 à 2018 à une énergie de centre de masse de 13 TeV et correspondant à une luminosité intégrée totale de 137 fb −1 , soit environ 11 milliards de millions de collisions.
L'angle de mélange est obtenu grâce à une analyse des distributions angulaires lors de collisions où des paires d'électrons ou de muons sont produites. Il s'agit de la mesure la plus précise réalisée à ce jour dans un collisionneur de hadrons, améliorant les mesures précédentes d'ATLAS, CMS et LHCb.
Fourni par le CERN
