Particules: cette désintégration ultra-rare pourrait bouleverser la physique

Publié par Adrien le 25/10/2024 à 06:00
Source: indico.cern.ch/event/1447422/
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Un phénomène rarissime vient d'être observé au CERN. La désintégration d'un kaon chargé en pion et neutrinos intrigue les scientifiques.

Ce processus, rarissime, pourrait ouvrir une nouvelle porte vers des phénomènes physiques inconnus. L'expérience NA62 est au cœur de cette découverte.


L'expérience NA62 mesure environ 270 mètres de long et est hébergée dans les cavernes TCC8 et ECN3 de la zone Nord du CERN.
Image: M.Brice/CERN

Le kaon, une particule subatomique, se désintègre en un pion, accompagné d'une paire neutrino-antineutrino. Ce phénomène est si rare que le Modèle Standard prévoit moins d'un événement pour 10 milliards de kaons. Cette faible probabilité fascine les physiciens car elle pourrait révéler une nouvelle physique, au-delà de notre compréhension actuelle. L'équipe du NA62 a conçu des dispositifs spécifiques pour observer cette désintégration.

Cristina Lazzeroni, professeur à l'Université de Birmingham, souligne l'importance de cette observation. Pour elle, c'est une des plus rares jamais enregistrées, avec un niveau de certitude atteignant le célèbre "5 sigma". La collaboration entre les chercheurs a été essentielle pour obtenir ces résultats.

Produits grâce à un faisceau intense de protons accélérés par le Super Synchrotron à Protons du CERN, les kaons sont isolés dans un faisceau de particules secondaires dirigé vers le détecteur NA62. Ce détecteur mesure les produits de désintégration des kaons avec une grande précision, en particulier les pions, les seuls produits détectables.

Giuseppe Ruggiero, de l'Université de Florence, rappelle que cette découverte est le fruit de plus d'une décennie d'efforts. Selon lui, la probabilité extrêmement faible de cette désintégration a rendu la tâche difficile, mais le résultat est une récompense à la hauteur des efforts investis.

Les données proviennent d'expériences menées entre 2021 et 2022, suite à l'ajout d'améliorations techniques. Grâce à une intensité de faisceau accrue et une analyse plus fine, l'équipe a pu identifier plus de signaux potentiels tout en réduisant les erreurs de mesure.

L'équipe NA62 se concentre sur ce processus de désintégration parce qu'il est particulièrement sensible aux nouvelles théories physiques. Bien que les résultats actuels correspondent aux prédictions du Modèle Standard, une légère augmentation observée pourrait suggérer l'existence de nouvelles particules.

Les prochaines années seront décisives pour confirmer ou infirmer l'existence de ces nouvelles théories.

Qu'est-ce que le Modèle Standard en physique des particules ?

Le Modèle Standard est la théorie qui décrit les particules élémentaires et leurs interactions fondamentales. Il regroupe trois des quatre forces fondamentales de l'Univers: l'électromagnétisme, la force nucléaire forte et la force nucléaire faible. La gravitation, en revanche, n'y est pas incluse.

Cette théorie organise les particules en deux catégories principales: les quarks et les leptons. Les quarks forment les protons et les neutrons, tandis que les leptons incluent des particules comme les électrons et les neutrinos. Les bosons, comme le photon ou le boson de Higgs, sont responsables des interactions entre les particules.

Bien que très performant, le Modèle Standard n'explique pas tout. Il n'intègre pas la gravité, la matière noire ou l'énergie sombre, ce qui pousse les scientifiques à chercher de nouvelles théories pour compléter ou dépasser ce modèle.

Qu'est-ce que la désintégration d'un kaon ?

La désintégration d'un kaon est un processus dans lequel un kaon, une particule subatomique instable, se transforme en d'autres particules plus légères. Ces transformations suivent les lois de la physique des particules, notamment celles décrites par le Modèle Standard. Le kaon peut se désintégrer en un pion, un neutrino et un antineutrino.

Ce processus est important car il se produit très rarement. En effet, moins d'un kaon sur 10 milliards se désintègre ainsi. Les chercheurs s'y intéressent particulièrement, car des écarts par rapport aux prévisions du Modèle Standard pourraient révéler de nouvelles particules ou forces encore inconnues.
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