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Les m�sons B sont instables: ils ne vivent qu'une fraction de seconde avant de se transformer en d'autres particules. En �tudiant ces transformations, les chercheurs esp�rent d�tecter l'influence de forces ou de particules nouvelles que le Mod�le standard ignore.
Image d'illustration Pixabay
L'exp�rience LHCb au LHC est sp�cialement con�ue pour capturer ces d�sint�grations rares, en enregistrant des milliards de collisions pour trouver les quelques �v�nements o� se produisent les d�sint�grations "pingouin". Dans ces cas, le m�son B se transforme en un kaon, un pion et deux muons � une signature � la fois rare et riche en informations. Les angles selon lesquels ces particules filles s'�loignent les unes des autres sont autant d'indices sur la physique sous-jacente.
Pour mener ces investigations, le LHC acc�l�re des protons � une vitesse proche de celle de la lumi�re et les fait s'entrechoquer. Parmi les d�tecteurs, LHCb fonctionne depuis 1994. Entre 2011 et 2018, l'exp�rience a enregistr� 650 milliards de d�sint�grations de m�sons B, dont les scientifiques ont extrait les rares �v�nements de type pingouin.
L'analyse s'est concentr�e sur un processus �lectrofaible o� un m�son B se transforme en kaon, pion et deux muons � une d�sint�gration qui ne se produit qu'une fois par million de m�sons B. En mesurant pr�cis�ment les angles et les �nergies des particules produites, l'�quipe a constat� un d�saccord clair avec les pr�dictions du Mod�le standard.
L'�cart mesur� par rapport au Mod�le standard atteint quatre d�viations standard. En pratique, il n'y a qu'une probabilit� sur 16 000 que ce r�sultat soit d� au hasard si le Mod�le standard est correct. Les r�sultats, publi�s dans Physical Review Letters, sont coh�rents avec ceux obtenus ind�pendamment par une autre exp�rience du LHC, CMS. Bien que le seuil dit "des cinq sigma" ne soit pas encore atteint, ce qui validerait une d�couverte scientifique, les preuves combin�es sont d�j� convaincantes.
Au LHC, des aimants courbent les protons sur un anneau de 27 km, construit sous la fronti�re franco-suisse. Credit: Cern
Plusieurs mod�les th�oriques pourraient expliquer l'anomalie. Une id�e populaire fait intervenir les leptoquarks, des particules hypoth�tiques qui font le pont entre les leptons et les quarks � les deux familles de mati�re. Une autre possibilit� est l'existence de versions plus massives de particules connues. Les nouvelles donn�es contraignent d�j� ces mod�les et guideront les recherches futures.
La collaboration LHCb a d�j� entrepris l'analyse de nouvelles donn�es collect�es depuis 2018. Cet ensemble contient trois fois plus de d�sint�grations de m�sons B que l'�chantillon pr�c�dent, offrant un outil puissant pour v�rifier l'anomalie. Les premi�res analyses sont en cours, et les r�sultats sont attendus dans les prochaines ann�es.
En parall�le, les physiciens affinent les calculs th�oriques pour mieux comprendre la contribution des pingouins charmants. Si l'�cart persiste ou s'accentue, cela renforcera l'hypoth�se d'une physique au-del� du Mod�le standard.
En regardant plus loin, les am�liorations du LHC dans les ann�es 2030 augmenteront consid�rablement le taux de collisions. L'exp�rience LHCb pr�voit de collecter un ensemble de donn�es 15 fois plus grand que celui utilis� dans l'�tude actuelle. Avec une telle statistique, la sensibilit� sera suffisante pour atteindre une signification de cinq sigma, le seuil d'une d�couverte. Si l'anomalie se confirme, une nouvelle �re s'ouvrira dans notre compr�hension de l'infiniment petit.