Un signal attendu depuis 40 ans
Les physiciens de l'expérience LHCb du CERN ont rapporté la première preuve d'une désintégration que la théorie situe à environ une fois sur 10 milliards de particules beauté. Le résultat, obtenu grâce au détecteur modernisé du Grand collisionneur de hadrons, fait suite à une recherche entamée il y a plus de quatre décennies.
Le processus est connu sous le nom de Bd vers mu mu : une particule neutre contenant un quark beauté se désintègre en deux muons, des parents plus lourds de l'électron. La mesure a atteint une signification statistique de 3,2 sigma, suffisante pour parler de preuve mais inférieure aux cinq sigma exigés par la physique des particules pour une découverte.
Pourquoi les désintégrations rares comptent
Les quarks beauté sont produits en grand nombre lors des collisions et ne durent qu'environ 1,5 billionième de seconde. Plus une désintégration est rare, plus elle peut être sensible à des particules trop lourdes pour être produites directement dans le collisionneur, car ces particules peuvent modifier la fréquence de la désintégration.
Le taux mesuré concorde avec le Modèle standard, la description actuelle des particules fondamentales. Cet accord est utile en soi : il réduit la marge disponible pour une physique inconnue dans ce canal et donne aux théoriciens une référence plus précise pour les données futures.
Sonder le zeptovers
Le LHCb modernisé, un projet de 15 ans impliquant environ 1 900 chercheurs, peut collecter des données jusqu'à cinq fois plus vite qu'auparavant. Un détecteur à pixels de silicium construit au Royaume-Uni, appelé Vertex Locator, se trouve à cinq millimètres du faisceau et localise l'endroit où les particules sont produites et où elles se désintègrent.
Chris Parkes, de l'université de Manchester, qui a dirigé la collaboration pendant la modernisation, a comparé les probabilités à celle de trouver une correspondance parfaite lors d'un premier rendez-vous parmi tous les habitants de la Terre. Conor Fitzpatrick, coordinateur adjoint de la physique, a qualifié cette désintégration de canal en or pour repérer une nouvelle physique.
La collaboration s'attend à un jeu de données bien plus important d'ici le début des années 2030, et une nouvelle modernisation pourrait multiplier par dix les taux de collecte. Cela pousserait les mesures vers le zeptomètre, un milliardième de billionième de mètre, où les physiciens espèrent trouver des particules et des forces que le Modèle standard ne décrit pas.