Tout dans notre Univers est maintenu ensemble ou écarté par quatre forces fondamentales : la gravité, l’électromagnétisme et deux interactions nucléaires. Les physiciens pensent maintenant avoir repéré les actions d’une cinquième force physique émergeant d’un atome d’hélium.
Ce n’est pas non plus la première fois que les chercheurs prétendent l’avoir aperçue. Il y a quelques années, ils l’ont vue dans la désintégration d’un isotope du béryllium. Aujourd’hui, la même équipe a vu un deuxième exemple de la force mystérieuse en jeu – et la particule qu’ils pensent être porteuse de cette force, qu’ils ont appelée X17.
Si la découverte est confirmée, non seulement en savoir plus sur X17 pourrait nous permettre de mieux comprendre les forces qui régissent notre Univers, mais cela pourrait également aider les scientifiques à résoudre le problème de la matière noire une fois pour toutes.
Attila Krasznahorkay et ses collègues de l’Institut de recherche nucléaire de Hongrie ont soupçonné que quelque chose de bizarre se passait en 2016, après avoir analysé la façon dont un béryllium-8 excité émet de la lumière lorsqu’il se désintègre.
Si cette lumière est suffisamment énergétique, elle se transforme en un électron et un positron, qui s’éloignent l’un de l’autre selon un angle prévisible avant de s’envoler.
D’après la loi de la conservation de l’énergie, l’angle entre les deux particules devrait diminuer à mesure que l’énergie de la lumière qui les produit augmente. Statistiquement parlant, du moins.
Curieusement, ce n’est pas tout à fait ce que Krasznahorkay et son équipe ont vu. Dans leur décompte des angles, ils ont constaté une augmentation inattendue du nombre d’électrons et de positrons se séparant à un angle de 140 degrés.
L’étude semblait assez solide et a rapidement attiré l’attention d’autres chercheurs du monde entier qui ont suggéré qu’une toute nouvelle particule pourrait être responsable de l’anomalie.
Il ne s’agit pas de n’importe quelle particule : ses caractéristiques suggèrent qu’il s’agit d’un tout nouveau type de boson fondamental.
Ce n’est pas une mince affaire. Nous connaissons actuellement quatre forces fondamentales, et nous savons que trois d’entre elles ont des bosons qui portent leurs messages d’attraction et de répulsion.
La force de gravité est portée par une particule hypothétique appelée “graviton “, mais malheureusement, les scientifiques ne l’ont pas encore détectée.
Ce nouveau boson ne pourrait pas être l’une des particules porteuses des quatre forces connues, en raison de sa masse particulière (17 mégaélectronvolts, soit environ 33 fois celle d’un électron) et de sa durée de vie minuscule (environ 10 secondes à moins 14 secondes… mais bon, c’est assez long pour sourire à la caméra).
Tout porte donc à croire que le boson est le vecteur d’une nouvelle cinquième force. Mais la physique n’a pas envie de se réjouir prématurément. La découverte d’une nouvelle particule est toujours une grande nouvelle en physique, et justifie un examen approfondi. Sans parler des expériences répétées.
Heureusement, l’équipe de Krasznahorkay ne s’est pas vraiment reposée sur ses lauriers ces dernières années. Ils sont passés de l’étude de la désintégration du béryllium 8 à celle du changement d’état d’un noyau d’hélium excité.
Comme lors de leur précédente découverte, les chercheurs ont trouvé des paires d’électrons et de positrons se séparant selon un angle qui ne correspondait pas aux modèles actuellement acceptés. Cette fois, le chiffre était plus proche de 115 degrés.
En remontant dans le temps, l’équipe a calculé que le noyau d’hélium aurait également pu produire un boson à courte durée de vie, d’une masse légèrement inférieure à 17 mégaélectronvolts.
Pour faire simple, ils l’ont appelé X17. Il est loin d’être une particule officielle que nous pouvons ajouter à tous les modèles de la matière.
Alors que l’expérience de 2016 a été acceptée dans la respectable revue Physical Review Letters, cette dernière étude n’a pas encore été examinée par des pairs. Vous pouvez lire les résultats vous-même sur arXiv, où ils ont été téléchargés pour être examinés par d’autres personnes du domaine.
Mais si cet étrange boson n’est pas simplement une illusion causée par une erreur expérimentale, le fait qu’il interagisse avec les neutrons laisse entrevoir une force qui n’a rien à voir avec les quatre forces traditionnelles.
Alors que l’attraction fantomatique de la matière noire constitue l’un des plus grands mystères de la physique actuelle, une toute nouvelle particule fondamentale pourrait apporter la solution que nous recherchons tous, en fournissant un moyen de relier la matière que nous pouvons voir à celle que nous ne pouvons pas voir.
En fait, un certain nombre d’expériences sur la matière noire ont gardé un œil sur une particule étrange de 17 mégavolts. Jusqu’à présent, elles n’ont rien trouvé, mais comme il reste beaucoup de place à explorer, il est trop tôt pour exclure quoi que ce soit.
Réorganiser le modèle standard des forces connues et de leurs particules pour faire de la place à un nouveau membre de la famille serait un changement massif, qui ne doit pas être pris à la légère.
Pourtant, quelque chose comme X17 pourrait être exactement ce que nous recherchons.
Cette recherche est disponible sur arXiv avant l’examen par les pairs.