Des scientifiques de l’Université de Manchester au Royaume-Uni ont découvert des preuves d’une désintégration rare des particules qui se produit une fois sur 10 milliards de particules. La désintégration a été repérée après une mise à niveau majeure de l’expérience LHCb au CERN, et elle ouvre également la voie à des recherches plus approfondies à l’échelle du zeptomètre dans le futur.
L’expérience LHCb au CERN est différente des détecteurs ATLAS et CMS, puisqu’il s’agit d’un spectromètre direct. Au lieu de rechercher des preuves de désintégration dans toutes les directions, LHCb se concentre sur la région avant de la ligne de lumière pour étudier le comportement et la désintégration des quarks beauté et charme.
Les quarks Beauty sont plus lourds que les quarks up et down et sont produits en grand nombre dans le LHC. Cependant, ils ne durent qu’un billionième et demi de seconde avant de se désintégrer. Depuis plus d’une quinzaine d’années, des chercheurs de l’Université de Manchester participent à la mise à niveau de l’expérience LHCb, qui permet désormais de collecter des données cinq fois plus rapidement qu’auparavant.
Carie rare repérée
Des mesures précises des désintégrations du quark Beauty permettent aux scientifiques de détecter l’influence de nouvelles particules qui pourraient être trop petites pour être détectées par le LHC. Si une désintégration est rare, elle peut être plus sensible à l’influence de nouvelles particules.
La contribution du Royaume-Uni à la mise à niveau de LHCb était un Vertex Locator, un détecteur de pixels en silicium situé à seulement cinq millimètres des faisceaux, permettant aux scientifiques de déterminer où les particules sont produites et où elles se désintègrent.
L’équipe a détecté une désintégration « Bd en mu mu », dans laquelle un quark beauté se désintègre en deux muons, qui sont des particules semblables à des électrons mais un peu plus lourdes. Les estimations suggèrent que ces désintégrations ne se produisent qu’une fois sur 10 milliards de particules de beauté. Il n’est donc pas surprenant qu’elles n’aient jamais été repérées auparavant.
« Cette désintégration est remarquablement improbable ; les chances qu’elle se produise sont à peu près comme si vous aviez un rendez-vous romantique et que, du premier coup, vous trouviez celui qui vous convient le mieux parmi tous les habitants de la Terre », a déclaré Chris Parkes, directeur du département de physique et d’astronomie de l’Université de Manchester, qui a également participé à la mise à niveau de l’expérience LHCb.
Recherche à l’échelle du zeptomètre
La signification statistique de cette découverte est de 3,2 sigma, ce qui reste inférieur au seuil de 5 sigma nécessaire pour qualifier cette découverte de physique majeure. Néanmoins, cela ouvre la voie aux physiciens pour explorer les particules et les forces de la nature cachées dans des espaces aussi petits qu’un milliardième de billionième de mètre. Cette distance s’appelle un zeptomètre, et l’espace s’appelle le zeptoverse.
Les mesures effectuées dans cette expérience sont toujours en accord avec le modèle standard de physique. Cependant, des recherches plus approfondies sur le Zeptoverse pourraient aider les scientifiques à trouver des signes d’une nouvelle physique, que le modèle standard ne peut pas expliquer.
« »Les résultats de cette expérience élargissent notre compréhension de la nature à son niveau le plus fondamental », a déclaré Conor Fitzpatrick, coordinateur adjoint de physique de la collaboration LHCb dans un communiqué de presse. « Nous sommes ravis d’avoir enfin vu ce signal insaisissable et attendons avec impatience les futures découvertes qui proviendront de nos données. »
Même si l’expérience améliorée collectera des données jusqu’au début des années 2030, une nouvelle mise à niveau pourrait augmenter la collecte de données d’un autre ordre de grandeur et en révéler davantage sur les particules et les forces dans le zeptoverse.
