Le CERN a détecté pour la première fois la désintégration d’une particule extrêmement rare

Des chercheurs travaillant au CERN, en Suisse, ont détecté un processus subatomique jamais vu auparavant, “plus difficile à trouver que la célèbre particule de Higgs”, et qui pourrait faire ou défaire notre compréhension de l’Univers.

En combinant les résultats de deux expériences distinctes menées au Grand collisionneur de hadrons (LHC), les chercheurs ont pu détecter la désintégration extrêmement rare d’une particule appelée méson B (Bs) étrange en deux muons, un phénomène qui, selon le modèle standard de la physique des particules, ne se produit qu’environ quatre fois sur un milliard – ce qui correspond à peu près aux résultats des expériences.

“Il est étonnant que cette prédiction théorique soit si précise et encore plus que nous puissions l’observer”, a déclaré l’un des membres de l’équipe, Sheldon Stone, de l’université de Syracuse aux États-Unis, dans un communiqué de presse. “C’est un grand triomphe pour le LHC et les deux expériences”

Les résultats, qui ont été publiés dans Nature, proviennent de l’analyse des données de 2011 et 2012 recueillies par les expériences Compact Muon Solenoid (CMS) et Large Hadron Collider beauty (LHCb) du collisionneur. Ces deux expériences étudient les propriétés des particules afin de percer des trous dans le modèle standard – l’ensemble des équations sur lesquelles nous nous appuyons pour expliquer le comportement et les interactions des particules dans l’Univers.

Bien que le modèle standard domine la physique des particules depuis les années 70, il n’explique toujours pas la gravité, la matière noire ou le comportement des particules au tout début de l’Univers. Les scientifiques essaient donc toujours de trouver des moyens de tester les limites de ces équations et de les développer.

Pour ce faire, ils observent la désintégration des particules subatomiques et comparent les résultats avec les prédictions du modèle standard. Tout écart pourrait être la preuve qu’une nouvelle physique est en jeu, comme de nouvelles particules ou forces qui pourraient nous aider à comprendre certains des grands mystères de l’Univers. Mais jusqu’à présent, les prédictions du modèle standard ont tenu bon, la découverte du boson de Higgs en étant la démonstration la plus célèbre.

“De nombreuses théories qui proposent d’étendre le modèle standard prédisent également une augmentation de ce taux de désintégration Bs”, a déclaré Joel Butler Joel Butler, un physicien du Fermilab américain, qui a participé à l’expérience CMS. “Ce nouveau résultat nous permet d’écarter ou de limiter sévèrement les paramètres de la plupart de ces théories. Toute théorie viable doit prédire un changement suffisamment faible pour s’accommoder de l’incertitude restante.”

Cependant, bien que le résultat du méson Bs corresponde “en grande partie” à la prédiction du modèle standard, il s’en écarte juste assez pour suggérer qu’il se passe peut-être quelque chose d’intéressant qui pourrait être amplifié par davantage de données.

“Ce n’est pas très éloigné de la prédiction du modèle standard, mais c’est suffisamment faible pour que nous continuions à nous interroger”, a déclaré Butler. “Nous avons recueilli davantage de données ce printemps et nous espérons finir par en déterminer la valeur. Lorsque nous disposerons de deux à quatre fois plus de données lors du prochain passage du LHC, les choses commenceront à devenir vraiment intéressantes.”

Ce qui est encore plus intéressant, c’est que les chercheurs ont également détecté des preuves de la désintégration d’un autre type de méson B, encore plus rare, appelé méson B non-étranger, en deux muons, ce qui, selon les prévisions, ne se produit qu’une fois sur 10 milliards de désintégrations. Là encore, les données initiales correspondent en grande partie aux prédictions du modèle standard, mais avec un niveau de confiance plus faible.

Les mésons B fascinent les scientifiques car ils pourraient contribuer à expliquer pourquoi la matière existe dans l’Univers. En théorie, le Big Bang aurait dû donner lieu à des quantités égales d’antimatière et de matière, qui auraient dû s’annihiler au contact.

“Les mésons B oscillent entre leurs homologues de matière et d’antimatière, un processus découvert pour la première fois à Fermilab en 2006”, a déclaré Stone. “L’étude des propriétés des mésons B nous aidera à comprendre le déséquilibre entre la matière et l’antimatière dans l’Univers.”

Le LHC s’étant finalement rallumé au début de l’année, nous sommes impatients de voir ce qui va se passer.