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Posté par Adrien le Vendredi 21/04/2017 à 00:00
Le LHCb observe des indices d'une possible nouvelle physique
L'expérience LHCb observe des anomalies intrigantes dans la façon dont certaines particules se désintègrent. Cela pourrait être un signe de nouveaux processus qui ne sont pas prédits par le Modèle Standard de la physique des particules. Le signal observé est encore à la limite de la précision statistique (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle comprend la collecte, l'analyse, l'interprétation de données ainsi que...) mais renforce des indications similaires étudiées par ailleurs.

La collaboration LHCb vient d'annoncer un nouveau résultat sur la mesure de RK*0 qui est le rapport entre la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités est un sujet de grande importance donnant...) que le méson (Un méson est, en physique des particules, une particule composite (c’est-à-dire non élémentaire) composée d'un nombre pair de quarks et d'antiquarks.) B0 se désintègre en un méson K*0 et deux muons de charges opposées et la probabilité qu'il se désintègre en un méson K*0, un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.) et un positron (En physique des particules, le positron ou positon est l'anti-particule associée à l'électron. Il possède une charge électrique de +1 (contre -1 pour l'électron),...).

Dans le cadre du Modèle Standard, les leptons chargés se couplent tous avec la même intensité aux bosons vecteurs des interactions électromagnétique et faible. Cette universalité des couplages leptoniques a pour conséquence que le rapport RK*0 doit être quasiment égal à l'unité. Si des particules autres que celles du Modèle standard existent, leur présence peut modifier une des deux probabilités de désintégration et donc la valeur du rapport RK*0.

Des mesures antérieures et moins précises ont déjà été faites par les collaborations Belle et BaBar [1,2] et étaient en accord avec les prédictions du Modèle standard. La collaboration LHCb a analysé les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) du Run 1, collectées entre 2011 et 2012, pour obtenir la mesure la plus précise de RK*0 dans deux régions différentes de q², la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps...) invariante au carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses quatre côtés ont la même longueur et ses quatre angles la même mesure. Un carré est...) du système di-leptonique. Comme le montre la figure 1, les valeurs mesurées sont inférieures aux prédictions du Modèle standard à 2,2 et 2,5 écarts standards. La précision statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de l'application d'une méthode...) ne permet pas de conclure de façon certaine qu'un mécanisme brisant l'universalité des couplages leptoniques soit en action, mais il est intéressant de noter que ces résultats vont dans le même sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement,...) que ceux obtenus dans un rapport similaire, RK, publié par la collaboration LHCb en 2014 [4]. D'autres mesures mettant en jeu des désintégrations similaires de hadrons B montrent également des tensions avec le Modèle standard.


© LHCb

Marie-Hélène Schune du LAL "Ces mesures sont une étape importante pour la collaboration LHCb. Nous avons atteint une excellente compréhension des biais potentiels grâce à des études détaillées d'échantillons de contrôle. Nous sommes à la fois prudents et confiants et nous allons maintenant nous atteler à l'analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la description de données conjointes. On cherche par ces méthodes à donner les liens...) du Run 2 qui vont permettre de multiplier par quatre la statistique. Une période enthousiasmante est devant nous !"

Francesco Polci du LPNHE "La collaboration LHCb a un programme de test de l'universalité des couplages leptoniques, très riche. Grâce à la grande variété de hadrons contenant un quark beau (B0, B+, Bs, ?b) produits au Large Hadron Collider (Le LHC (Large Hadron Collider, « Grand Collisionneur Hadronique ») est le prochain grand accélérateur de particules qui sera mis en opération en 2007 au CERN à la frontière franco-suisse. Une fois...) et aux excellentes performances de notre détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été spécifiquement...), nous avons l'opportunité de mesurer d'autres rapports similaires à RK*0 pour avoir une analyse complète du phénomène. Nous pouvons compter aussi sur la collaboration de la communauté des théoriciens, qui prédit ces rapports avec une grande précision et qui nous aide à interpréter ces résultats dans le cadre global des mesures actuelles en physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) de la saveur."

Des données et des observables supplémentaires, dans des désintégrations similaires, sont nécessaire pour clarifier si ces tensions sont des fluctuations statistiques ou les premiers signes de nouvelles particules qui étendent et complète le Modèle standard de la physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle aussi...). Si ces nouvelles mesures signalent de la physique au-delà du Modèle standard, le lot de données collecté pendant le Run 2 sera suffisant pour confirmer ces effets.

Notes:
- [1] Belle collaboration, J.-T. Wei et al., Phys. Rev. Lett. 103 (2009) 171801
- [2] BaBar collaboration, J. P. Lees et al., Phys. Rev. D86 (2012) 032012
- [3] LHCb collaboration, R. Aaij et al., LHCb-PAPER-2017-013
- [4] LHCb collaboration, R. Aaij et al., Phys. Rev. Lett. 113 (2014) 151601


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Source: CNRS-IN2P3