Physique fondamentale: une anomalie ouvre la porte sur de nouvelles particules

Publié par Adrien le 10/04/2021 à 09:00
Source: ASP
Des particules encore inconnues de même que des forces situées au-delà du modèle standard de la physique ? Cette fois, l'espoir est né d'un muon, une particule dont la vitesse d'oscillation serait légèrement plus rapide que ce que le modèle prédit.


Un anneau de 14 mètres, 8 milliards de muons. Source: Fermilab

La démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir...) est évidemment plus complexe que ce que suggère ce résumé. Au sein du Fermilab -laboratoire de physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants...) situé en Illinois- il a fallu expédier 8 milliards de muons dans un anneau de 14 mètres et les soumettre à un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...). Le rythme auquel les muons auraient alors dû osciller était connu, mais il s'est avéré être plus rapide. Une différence de 0,0002%, ce qui est assez pour dire aux physiciens qu'il y a là quelque chose d'autre à l'oeuvre.

Cette piste, des physiciens la suivent depuis 2001, lorsqu'une expérience similaire avait conclu là aussi à des muons oscillant légèrement plus vite que prévu -mais les résultats étaient alors jugés "statistiquement non significatifs". L'expérience du Fermilab a démarré en 2018, et ce qui vient d'être présenté, qui correspond à la première année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...) d'opérations, tend à confirmer les résultat de 2001.

L'idée centrale derrière ces allers et retours est le modèle standard de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...): celui qui définit que quatre forces gouvernent notre univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), soit la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.), l'électromagnétisme (L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude...) et les forces (ou interactions) nucléaires faible et forte. La théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) tient le coup, mais elle n'explique pas tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...), d'où les spéculations -vieilles de plusieurs décennies- sur l'existence d'une "cinquième force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...)", ou de particules exotiques aux propriétés encore inconnues.

"L'anomalie" calculée à présent au Fermilab, et décrite dans une étude parue le 7 avril, tire peut-être son origine d'un "phénomène quantique appelé particules virtuelles", résume le New Scientist. Il s'agit de paires constituées d'une particule et de sa jumelle d'antimatière (L'antimatière est l'ensemble des antiparticules des particules composant la matière...), qui apparaissent et disparaissent au hasard (Dans le langage ordinaire, le mot hasard est utilisé pour exprimer un manque efficient, sinon...) de fluctuations quantiques: lors de leurs brèves apparitions, elles affecteraient le comportement des muons. Mais c'est l'explication la plus facile et en réalité, avec les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) disponibles, "il n'y a pas une explication unique qui se détache comme étant plus élégante ou plus satisfaisante", résume de son côté Nature.

Tout cela est donc hautement théorique. Comment le démontrer ? Là s'arrêtent les calculs et commencent les spéculations. Ce vers quoi tendent ces recherches -et il reste deux étapes aux cinq des expériences sur le muon (Le muon est, selon le modèle standard de physique des particules, le nom donné à...) en cours au Fermilab- c'est la détection de preuves indirectes de l'existence d'autres types de particules, peut-être elles-mêmes gouvernées par une ou des forces différentes. Mais pour ce qui est d'obtenir des preuves directes de l'existence de ces particules, les paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) restent ouverts.
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