Les scientifiques du Large Hadron Collider (LHC) viennent d’annoncer de nouvelles données qui indiquent des anomalies ou des défauts dans le modèle standard de la physique des particules.

Les chercheurs ont trouvé des preuves que les particules subatomiques appelées méson B ne se désintègrent pas de la façon dont notre compréhension actuelle de la physique le prédit. Cela pourrait être l’effet d’une nouvelle particule ou d’un phénomène actuellement inconnu de la science.

Selon le physicien du CERN, Freya Blekman, également professeur à la Vrije Universiteit Brussel :

Les écarts tels que ce que nous voyons maintenant sont très excitants en ce sens que s’il y a de nouvelles particules, cela signifie que nous pouvons éventuellement utiliser ces nouveaux éléments constitutifs.

Pour être clair, jusqu’à maintenant cette incohérence n’a été mesurée qu’avec une certitude de 2,2 à 2,5 sigma, ce qui signifie qu’il y a 1 chance sur 100 que ce soit le résultat d’un élément aléatoire et que ce n’est pas vraiment la preuve d’une “nouvelle physique”.

Pour que les chercheurs prennent le résultat au sérieux, ils doivent atteindre au moins un niveau de confiance de 3 sigma (99,87% de confiance dans le résultat), et pour cela, ils ont simplement besoin de davantage de données, ce qu’ils obtiendront quand Le LHC redémarrera le mois prochain pour sa tournée d’été. Cependant, les chercheurs sont en émois face à ces résultats préliminaires.

Selon le communiqué de presse du CERN :

Le résultat est intrigant, car une mesure récente par le LHCb impliquant une désintégration connexe a présenté un comportement similaire.

Alors qu’est-ce que tout cela signifie?

L’un des principaux objectifs du LHC est de trouver des preuves de la physique au-delà du modèle standard de la physique des particules, le meilleur ensemble d’équations dont nous disposons actuellement pour expliquer comment l’Univers et tout ce qui s’y trouve “fonctionnent”.

Comme pour l’image d’entête, les capteur du détecteur Large Hadron Collider beauty (LHCb), ci-dessous une vue d’ensemble. (CERN/ Fermilab)

À ce jour, le modèle standard nous a bien servi, mais il y a encontre beaucoup de choses qu’il ne peut expliquer, comme la gravité et les étranges effets de la matière et de l’énergie noire.

Il est important de noter qu’il est impossible d’utiliser le modèle standard pour relier les mondes apparemment disparates de la physique quantique et de la relativité générale, ce que les physiciens doivent vraiment faire s’ils veulent avoir une compréhension complète de la façon dont le monde fonctionne.

Donc, les scientifiques pensent que, soit notre compréhension actuelle du modèle standard est mauvaise, soit il y a une physique au-delà du modèle standard qui nous est encore hors de portée. Et la meilleure façon de résoudre cela est d’utiliser le LHC pour faire se percuter des particules entre elles, encore et encore, à des énergies extrêmement élevées afin d’observer les retombées et la désintégration subséquente des particules subatomiques.

La plupart du temps, cette désintégration correspond à ce que nous prédisons avec le modèle standard. Mais parfois, quelque chose d’autre se produit, le premier signe que les scientifiques du CERN ont vu en 2012 lorsqu’ils ont finalement trouvé le boson de Higgs. Et maintenant, nous avons ce qui semble être des preuves potentielles que quelque chose d’étrange se passe.

Les données en question proviennent de l’expérience Large Hadron Collider beauty ou LHCb. Cette expérience consistait à briser des particules et à analyser le fruit de la désintégration de particules subatomiques spécifiques appelées méson B. Lorsqu’ils se décomposent, les mésons B deviennent un kaon excité et une paire de leptons, soit des électrons ou des muons.

Les muons sont 200 fois plus lourds que les électrons, mais selon le modèle standard, leurs interactions devraient être identiques à celles de l’électron, une propriété connue sous le nom d’universalité leptonique.

L’universalité Leptonique prédit qu’en général, les électrons et les muons devraient être produits avec la même probabilité dans la désintégration du méson B mesurée par le LHCb. Cela signifie que les chercheurs qui ont repéré les données recherchent un ratio électron / muon de 1 ou proche de 1. Mais ce n’est pas ce qu’ils ont trouvé. A la place, le ratio était plus proche de 0,7, avec des électrons plus susceptibles d’être produits que des muons.

Les chercheurs ont présenté leurs premiers résultats lors d’une conférence au CERN cette semaine, mais encore une fois, il est très clair qu’il est trop tôt pour dire avec certitude s’ils ont trouvé quelque chose. Jusqu’à présent, ils ont seulement examiné les données du premier lancement du LHC, qui a duré de 2008 à 2013.

L’analyse des données recueillies au cours du deuxième tour du collisionneur, de 2015 à 2018, ainsi que des nouvelles expériences sur la désintégration de méson B, seront cruciales pour révéler si nous sommes sur le point de trouver une “nouvelle physique”. S’il est confirmé qu’il y a quelque chose derrière ces premières traces, ce serait une découverte assez importante pour les physiciens.

Soit l’universalité leptonique n’est pas vraie, soit il se passe quelque chose d’autre, comme  par exemple, la présence d’une nouvelle particule intermédiaire.

Selon Blekman :

Le prouver et l’expliquer, d’une manière ou d’une autre, serait incroyable et changerait complètement la façon dont nous comprenons comment la matière s’agglutine … en particulier s’il y a de nouvelles particules, de nouvelles forces qui peuvent expliquer des choses comme la matière noire dans la galaxie ou comment l’Univers s’est formé.

L’annonce sur le site du CERN : LHCb finds new hints of possible Standard Model deviations et une première étude prépubliée sur ArXiv : Interpreting Hints for Lepton Flavor Universality Violation.