Matière noire: premiers résultats de l'expérience Belle-II

Publié par Adrien le 29/04/2020 à 09:00
Source: CNRS IN2P3
La collaboration Belle-II célèbre ses premiers résultats scientifiques avec la publication dans Physical Review Letters d'un article sur la recherche d'un hypothétique boson Z', possible pont entre la matière et la matière noire. Les données utilisées ont été collectées à l'occasion d'un run de test de l'expérience en 2018. Aujourd'hui Belle II continue sa montée en puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) et devrait atteindre le record de luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) de la précédente expérience Belle cet été.

La collaboration Belle-II n'a pas attendu la fin de la montée en luminosité de son dispositif expérimental pour commencer à faire de la science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au...). Dès le premier tour de chauffe de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) collisionneur/détecteur en 2018, les chercheurs ont collecté des événements qu'ils se sont empressés d'analyser. En l'occurrence, ils ont cherché à basse 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...) des événements particuliers qui seraient l'expression d'un nouveau boson (Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés de symétrie particulières lors de l'échange de particules : un système de particules...), le boson Z (Le boson Z0 est un des trois bosons de jauge de l'interaction faible, les deux autres étant le boson W sous deux états opposés de charges électriques notés W+ et W-.)'. Ce boson d'un nouveau genre ferait le lien entre le monde (Le mot monde peut désigner :) de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) et celui de la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet des galaxies. Différentes hypothèses ont été émises et...). Sa découverte pourrait par ailleurs expliquer deux anomalies que le modèle standard est dans l'incapacité d'expliquer.


Détecteur Belle-II à KEK Image Collaboration Belle-II

Le boson Z' serait un pont vers la matière noire

Si ce boson existe, il devrait être possible de le produire avec les collisions électrons (e-) positrons (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...) (e+) de l'expérience Belle II du centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) KEK au Japon. L'événement recherché correspond à une réaction dans laquelle la collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) e+ e- donnerait naissance à deux muons + et - et à un boson Z' invisible. Cette première collecte sur 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.) initiales n'a permis aucune découverte de la sorte, mais a donné l'occasion aux chercheurs de poser de nouvelles limites à l'existence du boson Z'. Leurs résultats sont compilés et analysés dans un article paru dans Physical Review Letters. La traque va continuer et bénéficier de la montée en puissance de l'expérience. A terme, l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents...) de données qui sera pris en compte devrait croître d'un facteur 180 000. Laura Zani, qui a consacré sa thèse (Une thèse (du nom grec thesis, se traduisant par « action de poser ») est l'affirmation ou la prise de position d'un locuteur, à l'égard...) à cette recherche, est dorénavant en posdoc au CPPM et continue ce travail sur les jeux de données collectées en 2019 et 2020.

La physique autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis,...) du 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.) B a démarré

Pour la collaboration Belle-II, l'objectif principal reste cependant la production en masse et la caractérisation très fine du méson B, pour mettre en lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...) une possible violation de la symétrie CP (En physique des particules, une théorie possède la symétrie CP si elle est invariante sous une transformation simultanée de conjugaison de charge, qui échange particules et antiparticules, et une inversion d'espace....), signe de nouvelle physique. Là aussi les travaux de recherche ont commencé. "Depuis mi-avril, grâce à la mobilisation des chercheurs basés au Japon, nous sommes en prise de données constante et des shifts partagés ont été organisés en local et à distance, auxquels prennent part les équipes françaises. Si tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) va bien nous aurons collecté un total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple :...) de 100 fb-1 d'ici la fin juin" indique Karim Trabelsi chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de...) à IJCLab et porte-parole adjoint de la collaboration Belle II. Un seuil qui devrait permettre aux chercheurs d'extraire leurs premiers résultats intéressants autour de la physique du B.

La luminosité record de Belle en ligne de mire pour cet été

Dans le même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) les opérations de montée en puissance continuent pour atteindre la luminosité de fonctionnement de 8 x 1035/cm2/s prévue pour le succès de l'expérience. "Nous avons réussi à atteindre une luminosité de 1.5 x 1034/cm2/s avec des courants encore modestes (400 à 500 mA) et collecter près de 1 fb-1 par jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à...) ce qui est bon signe pour le futur, précise Karim Trabelsi. Le but est de dépasser cet été le record de luminosité de Belle, 2 x 1034/cm2/s. Mais nous fonctionnons au jour le jour et dépendons des décisions prises au Japon et à KEK pour faire face à la pandémie (Une pandémie (du grec ancien πᾶν / pãn (tous) et δῆμος / dễmos (peuple)) est une épidémie touchant une part exceptionnellement importante de la...) de coronavirus".

L'accent est mis en ce moment sur l'anneau haute énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) où circulent les électrons (HER). Son bruit de fond (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation...) limite la montée en luminosité, et sa focalisation n'est pas encore optimale. Un "Crab waist", système constitué de sextupôles qui permet, en jouant sur la forme du faisceau, d'augmenter la luminosité sans pour autant augmenter le courant, y a été installé en avril pour compenser. Le même appareil avait été installé cet hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.) sur l'anneau de positrons (LER) et avait permis de faire des progrès substantiels.

A propos de la collaboration Belle-II

L'expérience Belle II est installée auprès de l'accélérateur et collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) e+e- superKEKB à KEK au Japon qui sera le plus lumineux au monde dans sa catégorie. Elle a pour but l'étude des propriétés des mésons beaux, charmés ainsi que des leptons tau comme un moyen de rechercher la physique au-delà du Modèle Standard. La collaboration compte environ 1000 physiciens. La France y participe au travers de trois laboratoires: IJCLab, l'IPHC et le CPPM.
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