Qu'est-ce qui fait environ 200 fois la masse d'un électron, existe pendant environ 2 millionièmes de seconde, frappe continuellement chaque centimètre carré de la surface terrestre et semble se comporter d'une manière qui perce un trou dans les lois de la physique acceptées depuis longtemps ? P>
Il s'agirait du muon, une particule découverte pour la première fois à la fin des années 1930, qui se forme dans la nature lorsque les rayons cosmiques frappent des particules dans l'atmosphère de notre planète. Les muons traversent vous et tout ce qui vous entoure à une vitesse proche de celle de la lumière. Néanmoins, beaucoup d'entre nous n'ont probablement réalisé leur existence qu'en avril 2021, lorsque la particule a fait la une des journaux après que des chercheurs du Fermi National Accelerator Laboratory du gouvernement américain – plus communément appelé Fermilab – aient publié les premiers résultats d'une étude de trois ans. -expérience longue Muon g-2.
L'étude du Laboratoire Fermi a confirmé les conclusions précédentes selon lesquelles le muon se comporte d'une manière contraire au modèle standard de physique des particules, le cadre théorique qui vise à décrire le fonctionnement de la réalité au plus petit niveau. Comme l’explique cet article de Science, les muons – qui existent dans un océan d’autres minuscules particules et antiparticules qui les affectent – sont en réalité légèrement plus magnétiques que ne le prédirait le modèle standard. Cela, à son tour, indique l'existence possible d'autres particules ou forces encore inconnues.
Comme l'un des chercheurs, le physicien Jason Bono, l'a expliqué dans un communiqué de presse de son alma mater Florida International University, l'équipe savait que s'ils confirmaient la divergence dans le magnétisme des muons, "nous ne saurions pas exactement quelle en est la cause, mais nous je saurais que c'est quelque chose que nous ne comprenons pas encore."
Les premiers résultats, ainsi que d’autres recherches récentes sur les particules, pourraient contribuer à plaider en faveur d’une nouvelle physique qui remplacerait le modèle standard. Du Laboratoire Fermi, voici une vidéo YouTube expliquant les résultats et leur importance :
"Les muons sont comme les électrons, sauf qu'ils sont 200 fois plus lourds", explique Mark B. Wise dans une interview par courrier électronique. Il est professeur de physique des hautes énergies au California Institute of Technology et membre de la prestigieuse National Academy of Sciences. (Si cela ne vous impressionne pas suffisamment, il a également été consultant technique sur les accélérateurs de particules pour le film hollywoodien "Iron Man 2" de 2010).
"Selon la formule d'Einstein E =mc2, cela signifie que les muons au repos ont une énergie supérieure à celle des électrons", explique Wise. "Cela leur permet de se désintégrer en particules plus légères tout en conservant globalement l'énergie."
Une autre différence clé est que les électrons sont censés être assez proches de l'immortalité, mais les muons n'existent que pendant 2,2 millionièmes de seconde, avant de se désintégrer en un électron et en deux types de neutrinos, selon cette étude du Département américain de l'énergie sur la particule.
Les muons qui sont constamment créés lorsque les rayons cosmiques frappent des particules dans l'atmosphère terrestre parcourent des distances étonnantes au cours de leur brève existence, se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière. Ils frappent chaque centimètre carré de la surface terrestre et traversent presque tout sur leur passage immédiat, pénétrant potentiellement un mile ou plus dans la surface terrestre, selon le DOE.
Certains ont décrit les muons comme la clé pour comprendre toutes les particules subatomiques, bien que Wise ne va pas aussi loin. "Dans la recherche d'une physique dépassant notre compréhension actuelle, vous devez étudier toutes les particules", dit-il. "Le muon présente cependant certains avantages. Par exemple, son moment magnétique anormal est prédit très précisément, ce qui le rend plus sensible à la nouvelle physique, au-delà de notre théorie actuelle qui modifierait cette prédiction. En même temps, il peut être mesuré très précisément." /P>
Mais l’étude des muons n’est pas une mince affaire. Fermilab utilise un appareil de 700 tonnes (635 tonnes métriques) contenant trois anneaux, chacun de 50 pieds (15 mètres) de diamètre, qui a été expédié par barge et par camion vers l'Illinois depuis son domicile d'origine au Brookhaven National Laboratory à New York il y a quelques années. dos. L'appareil est capable de générer un champ magnétique de 1,45 Tesla, soit environ 30 000 fois celui du champ magnétique terrestre.
"Il est fascinant que pour étudier quelque chose d'aussi petit et de courte durée, ils aient besoin de ces énormes équipements", explique Wise. "Lorsqu'ils sont produits à haute énergie, ils se déplacent presque à la vitesse de la lumière et peuvent parcourir une bonne distance avant de se désintégrer. Vous pouvez donc rechercher les preuves qu'ils laissent dans un détecteur."
Par exemple, les muons étant des particules chargées, ils peuvent ioniser la matière qu’ils traversent. Les électrons produits par cette ionisation peuvent être détectés, selon Wise.
Wise affirme que la récente découverte de l'équipe du Laboratoire Fermi selon laquelle la particule est légèrement plus magnétique que ce que les physiciens attendaient est significative. "Cela est en désaccord avec la prédiction des théories actuelles pour le moment magnétique du muon (la théorie actuelle est généralement appelée le modèle standard). Il y a donc une nouvelle physique au-delà de cela dans notre théorie actuelle qui est présente et modifie la prédiction pour cette quantité", a déclaré Wise. dit
Comme beaucoup de découvertes importantes, celle du Laboratoire Fermi soulève de nouvelles questions, et les scientifiques veulent encore savoir beaucoup de choses sur le muon.
"Qu'est-ce que la nouvelle physique, c'est la question qu'elle soulève", dit Wise. "Il existe également d'autres anomalies qui ne sont pas expliquées dans le [Modèle standard] et qui impliquent des muons. Sont-elles toutes connectées d'une manière ou d'une autre ?"
Wise lance également une mise en garde concernant les résultats du Fermilab. "Il se peut que l'expérience ait un effet systématique qui n'est pas compris et qui a un impact sur l'interprétation de la mesure", explique-t-il. "De même pour la théorie. Cette anomalie pourrait donc à terme disparaître. Il est très important de vérifier ces choses autant que possible."
Maintenant, c'est intéressantComme le note Chris Polly, physicien du Laboratoire Fermi, dans cet essai de 2020, chaque particule de l'univers – même dans les étendues d'espace les plus profondes et les plus apparemment vides – est entourée d'un « entourage » d'autres particules, qui « clignotent continuellement dans et hors de l'existence ». "
