Des physiciens travaillant sur l'expérience LHCb au CERN ont trouvé des preuves d'une désintégration de particule si rare qu'elle se produit environ une fois sur 10 milliards de désintégrations, clôturant une recherche menée depuis plus de 40 ans.
Le résultat concerne une particule beauté — un hadron à courte durée de vie contenant un quark bottom — produite lors de collisions de protons à haute énergie à l'intérieur du Grand collisionneur de hadrons. La collaboration a rapporté l'observation cette semaine.
Pourquoi une désintégration rare mérite d'être traquée
Les désintégrations rares sont utiles précisément parce qu'elles sont rares. Dans le Modèle standard, la probabilité d'une désintégration donnée peut être calculée avec une grande précision. Si une expérience mesure un taux différent de cette prédiction, l'écart pointerait vers des particules ou des forces encore inobservées.
Trouver la désintégration au taux attendu constitue donc un test vérifiant que le tableau standard survit là où il aurait pu se briser. Cela exclut également une série de modèles proposés qui prédisaient un taux différent.
Comment la mesure a été réalisée
Le détecteur LHCb est conçu pour identifier les particules produites lors des collisions de protons et pour suivre leurs trajectoires sur de courtes distances. Les particules beauté se désintègrent à l'intérieur du détecteur en une fraction de nanoseconde, de sorte que l'expérience repose sur un suivi précis et une identification des particules pour reconstituer ce qui a été produit et comment il s'est désintégré.
Séparer le signal du bruit de fond a nécessité l'analyse d'un très grand ensemble de données recueilli sur plusieurs années d'exploitation. La collaboration a indiqué que le résultat concorde avec le Modèle standard et que la mesure impose désormais des limites plus strictes à plusieurs classes de modèles de nouvelle physique.
Et ensuite ?
Le Grand collisionneur de hadrons entre dans une période de mises à niveau destinées à augmenter le taux de collisions et le volume de données enregistrées. Davantage de données permettront au LHCb de confirmer l'observation et de mesurer des désintégrations apparentées avec une plus grande précision.
Les physiciens s'attendent depuis longtemps à ce que la nouvelle physique, si elle existe à des énergies accessibles, se manifeste d'abord dans des processus fortement supprimés dans le Modèle standard. Jusqu'ici, ces recherches ont trouvé une concordance plutôt qu'un écart, ce qui est en soi un résultat : cela indique aux théoriciens où de nouvelles particules ne peuvent pas se cacher.