Les physiciens de l'expérience LHCb du CERN ont trouvé la première preuve d'une désintégration de particule qui se produit environ une fois sur 10 milliards de cas, clôturant une recherche commencée en 1984.
Une aiguille dans 10 milliards de bottes de foin
La désintégration s'écrit B0 en deux muons : un méson B0, particule de courte durée contenant un quark beauté, se transforme en une paire de muons, les cousins plus lourds de l'électron. Le Modèle standard prévoit que cela devrait se produire environ une fois sur 10 milliards de désintégrations de B0.
L'expérience CLEO a établi la première limite supérieure du taux en 1984. Des générations de détecteurs ont cherché depuis. Les quarks beauté sont produits en grand nombre dans les collisions du LHC mais ne survivent qu'environ 1,5 billionième de seconde, si bien que le signal doit être extrait d'un énorme bruit de fond.
Trois sigma, pas cinq
Le résultat a une signification statistique de 3,2 sigma. Cela compte comme une preuve mais reste en deçà des cinq sigma que la physique des particules exige avant de parler de découverte.
Dans les seules nouvelles données, l'équipe a mesuré la fraction de branchement à environ 1,26 pour 10 milliards de désintégrations, avec une incertitude statistique d'environ 0,5. La collaboration a aussi rapporté des mesures améliorées de la désintégration apparentée B0s en deux muons. L'article est sous presse dans Physical Review X.
Pourquoi c'est important
Les désintégrations rares sont sensibles à des particules que personne n'a vues. Une nouvelle physique couplée aux quarks beauté déplacerait le taux par rapport à la prédiction du Modèle standard. Jusqu'ici, la mesure concorde avec la prédiction, ce qui est utile en soi : elle contraint les modèles qui attendaient un effet plus important.
Un membre de la collaboration a décrit la précision comme frappant à la porte du Zeptovers. Davantage de données issues de la mise à niveau du LHC à haute luminosité devraient pousser la mesure au-delà de cinq sigma et resserrer les barres d'erreur.
Le résultat montre aussi le chemin parcouru depuis le début de la recherche. En 1984, la question était de savoir si une telle désintégration existait. Aujourd'hui, la question est de savoir si son taux correspond à la théorie à la deuxième décimale, là où apparaîtraient les signes de nouvelles particules.