Les chercheurs du Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, en Suisse, ont trouvé des preuves que des particules subatomiques agissent d’une manière qui défie le modèle standard de la physique des particules – le meilleur ensemble d’équations dont nous disposons actuellement pour expliquer le comportement et les interactions des particules dans l’Univers.
Ce modèle standard nous a plutôt bien servi jusqu’à présent, mais il présente des lacunes importantes, la plus flagrante étant qu’il ne tient pas compte de la gravité. C’est pourquoi, depuis des décennies, les physiciens tentent de découvrir la physique qui se produit au-delà du modèle standard, en utilisant des machines telles que le LHC pour les aider à trouver des indices. Aujourd’hui, ils pourraient enfin avoir une piste importante.
Une équipe internationale de physiciens a trouvé des indices de leptons – un type spécifique de particule subatomique – se comportant de manière étrange, non prévue par le modèle standard. Ils ont fait cette découverte en étudiant la désintégration de particules appelées mésons B en particules plus légères, dont deux types de leptons : le lepton tau et le muon.
Selon un concept clé du modèle standard appelé “universalité des leptons”, tous les leptons sont traités de la même manière par toutes les forces fondamentales, ce qui signifie que tous les leptons devraient se désintégrer à la même vitesse, une fois corrigée toute différence de masse. Mais dans les données, l’équipe a trouvé une différence faible mais notable dans les taux de désintégration prédits. Cela suggère qu’un certain type de forces ou de particules non encore découvertes pourraient interférer.
“Le modèle standard dit que le monde interagit avec tous les leptons de la même manière. Il y a là une démocratie. Mais rien ne garantit que cela restera vrai si nous découvrons de nouvelles particules ou de nouvelles forces”, a déclaré dans un communiqué de presse l’un des principaux chercheurs, Hassan Jawahery, de l’université du Maryland aux États-Unis. “L’universalité des leptons est véritablement inscrite dans le modèle standard. Si cette universalité est brisée, nous pouvons dire que nous avons trouvé la preuve d’une physique non standard.”
Il serait tentant de ne pas considérer cette découverte comme une anomalie, si ce n’était qu’une découverte similaire sur la désintégration des leptons a été faite par l’expérience BaBar au Centre de l’accélérateur linéaire de Stanford, aux États-Unis, en 2012. Cette expérience s’est également intéressée à la désintégration des mésons B, mais elle a obtenu cette désintégration en écrasant ensemble des électrons, plutôt que les protons qui alimentent le LHC.
“Les expériences ont été réalisées dans des environnements totalement différents, mais elles reflètent le même modèle physique. Cette réplication fournit une importante vérification indépendante des observations”, explique Brian Hamilton, physicien à l’université du Maryland. “Le poids supplémentaire de deux expériences est la clé ici. Cela suggère qu’il ne s’agit pas seulement d’un effet instrumental – il s’agit d’une véritable physique.”
L’équipe doit maintenant confirmer ses observations par d’autres expériences. Les données utilisées pour cette recherche ont été recueillies au cours de la première phase du LHC, entre 2011 et 2012 – la même phase qui a permis de découvrir le boson de Higgs, qui était la dernière pièce manquante du modèle standard. Mais maintenant que l’accélérateur de particules en est à son deuxième passage et qu’il atteint des niveaux d’énergie record, les chercheurs auront encore plus de chances de voir la désintégration en action.
“Nous prévoyons une série d’autres mesures. La matière noire et l’énergie noire existent, mais nous ne savons pas encore ce qu’elles sont ni comment les expliquer. Notre résultat pourrait constituer une partie de ce puzzle… Si nous pouvons démontrer qu’il existe des particules et des interactions manquantes au-delà du modèle standard, cela pourrait contribuer à compléter le tableau “, a déclaré M. Jawahery. “Toute connaissance à partir de maintenant nous aide à en savoir plus sur la façon dont l’univers a évolué jusqu’à ce point. Par exemple, nous savons que
Les résultats seront publiés dans le numéro du 4 septembre de Physical Review Letters, mais ils ont été publiés à l’avance sur arXiv. Nous sommes impatients de découvrir les prochaines découvertes des chercheurs du LHC.