LHCb: le modèle standard n'a qu'à bien se tenir !

Publié par Redbran le 26/05/2021 à 13:00
Source: CNRS IN2P3
En mars dernier, la collaboration LHCb (auprès du LHC, CERN) a présenté pas moins de quatre résultats majeurs d'une précision inédite aux Rencontres de Moriond et de la Thuile, chacun d'entre eux ouvrant la voie vers de nombreuses pistes pour déstabiliser le modèle standard de la physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants...). Au programme de ce tour d'horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre...): une particule neutre aux propriétés étonnantes, quatre nouveaux tétraquarks et un résultat intriguant et prometteur impliquant le muon (Le muon est, selon le modèle standard de physique des particules, le nom donné à...).


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités...) d'un tétraquark Zcs. ©CERN

Le modèle standard de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) des particules qui décrit les particules élémentaires et leurs interactions est une véritable forteresse, résistant pour l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas...) à toutes les expériences tentant de le mettre en défaut. Ce modèle n'étant pas suffisant, les physiciens et physiciennes cherchent de nouvelles pistes - et traquent les moindres déviations aux prédictions théoriques, qui pourraient potentiellement révolutionner notre compréhension de la physique. Pour cela, l'expérience LHCb mesure très précisément des phénomènes prédits comme très rares, afin de tester la validité du modèle dans ses moindres détails. Voici quatre de ces pistes:

Les deux premiers résultats publiés par LHCb concernent l'étude d'une particule tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) à fait étonnante appelée Bs. Tout d'abord, ce méson (Un méson est, en physique des particules, une particule composite (c’est-à-dire...) neutre a la propriété quantique d'osciller environ 3 millions de millions (3.1012) de fois par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...), entre particule et antiparticule (A chaque type de fermions fondamentaux correspond un type d'antiparticule. Ainsi, à l' électron...), ceci pendant environ une picoseconde en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...), avant de se désintégrer. LHCb a mesuré cette fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) d'oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à...) avec une précision inédite de 3 pour mille, améliorant ainsi la précision moyenne mondiale d'un facteur trois. Converti en masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...), l'effet mesuré correspond à une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de 2,1.10-35 grammes ! LHCb a mesuré avec une précision inégalée la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un...) que le méson Bs se désintègre en deux muons, ainsi que sa durée de vie (La vie est le nom donné :). Elle a également publié la probabilité de désintégration du méson Bd en deux muons, ainsi que du mésons Bs en deux muons et un photon (En physique des particules, le photon (souvent symbolisé par la lettre γ — gamma)...).

L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de ces mesures combinées permettent de fixer de fortes contraintes sur les modèles théoriques au-delà du Modèle Standard, notamment ceux tentant d'expliquer les "anomalies de saveurs": contrairement à ce que le Modèle Standard prévoit, les différences de comportement entre les trois leptons (électron, muon et tau) ne peuvent pas uniquement s'expliquer par leur différence de masse.)


Oscillations des particules et antiparticules Bs en fonction du temps. ©LHCb

Avec le troisième résultat, LHCb révèle l'existence de plusieurs nouvelles particules exotiques. Ce sont quatre tétraquarks: le Zcs(4000)+ et le Zcs(4220)+, constitués de 2 quarks charmés, un quark (Les quarks sont des fermions que la théorie du modèle standard décrit, en compagnie...) haut (up) et un quark étrange et se désintégrant en mésons J/ψ et K+, et le X (4685) et le X(4630) possédant 2 quarks charmés et 2 quarks étranges. Généralement, les quarks s'assemblent par groupes de deux ou trois pour former les hadrons.

Ces tétraquarks, constitués de combinaisons inhabituelles de quarks, sont un "laboratoire" idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau....) pour l'étude de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) forte, qui fait tenir ensemble les protons, les neutrons et les noyaux atomiques qui constituent la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...). Bien connaître cette interaction est indispensable pour détecter les signes d'une nouvelle physique. Au passage, le LHC continue à agrandir le "bestiaire" des particules, avec pas moins de 59 nouveaux hadrons découverts en 11 ans.

Le dernier résultat de l'expérience LHCb révélé au printemps (Le printemps (du latin primus, premier, et tempus, temps, cette saison marquant autrefois le...) 2021 est probablement le plus intrigant de tous, puisqu'il laisse entrevoir une possible violation d'une prédiction du modèle standard: l'universalité de la saveur leptonique. Les désintégrations impliquant un lepton (En physique des particules, un lepton est une particule élémentaire de spin 1/2 qui n'est...) auraient alors des probabilités différentes de se produire selon qu'il s'agit d'un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...) ou d'un muon. Ce résultat demande cependant à être consolidé par des analyses et des prises de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) complémentaires. L'IN2P3 (L'Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) est un institut de...) vous expliquait cette mesure et sa portée le 26 mars 2021

Les six laboratoires LHCb en France, signataires de ce résultat:
- Centre de physique des particules de Marseille (CPPM, CNRS/Université Aix-Marseille)
- Laboratoire d'Annecy de physique des particules (LAPP, CNRS/Université Savoie Mont Blanc)
- Laboratoire de physique de Clermont (LPC, CNRS/Université Clermont Auvergne)
- Laboratoire de physique des 2 infinis - Irène Joliot-Curie (Irène Joliot-Curie (12 septembre 1897 à Paris - 17 mars 1956 à...) (IJCLab, CNRS/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) Sud)
- Laboratoire de physique nucléaire (La physique nucléaire est la science qui étudie non seulement le noyau atomique en tant...) et de hautes énergies (LPNHE, CNRS/Université Pierre et Marie Curie/Université Paris Diderot)
- Laboratoire Leprince-Ringuet (LLR, CNRS/École Polytechnique)

En savoir plus:
- Nouveau résultat intriguant de l'expérience LHCb au CERN (26 mars 2021)
- Vers un nouveau continent (Le mot continent vient du latin continere pour « tenir ensemble », ou continens...) de la physique (CNRS Le Journal, 13 avril 2021)
- 55e Rencontres de Moriond
- 34e Rencontres de la Thuile

Contacts:
- Olivier Leroy - Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) au Centre de physique des particules de Marseille (CPPM) - oleroy at cppm.in2p3.fr
- Renaud Le Gac - Chercheur au CNRS, responsable LHCb France - legac at cppm.in2p3.fr
- Laurent Vacavant - Directeur adjoint scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) "Particules et Hadronique" (IN2P3) - vacavant at in2p3.fr
- Perrine Royole-Degieux - Chargée de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) - royole ay in2p3.fr
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