Les physiciens de la collaboration LHCb au Grand collisionneur de hadrons du CERN ont annoncé aujourd’hui la preuve d’une désintégration de particules extrêmement rare que les scientifiques recherchent depuis plus de quatre décennies, et leurs résultats sont en accord avec le modèle standard de la physique des particules.
« Ce que nous avons découvert dans ces derniers résultats est une désintégration incroyablement rare d’une de ces particules de beauté, où elle se transforme en deux particules encore plus petites appelées muons », a déclaré le Dr Harry Cliff, physicien au laboratoire Cavendish de l’Université de Cambridge.
« Ce processus ne se produit que pour une particule de beauté sur dix milliards, il est donc incroyablement difficile à trouver. »
La désintégration implique le B0 (B.0d ou Bd) le méson, particule éphémère contenant un quark beauté, se transformant en une paire de muons, les cousins plus lourds de l’électron.
Le modèle standard prédit que cela devrait se produire environ une fois sur 10 milliards de dollars.0 se désintègre.
Les recherches ont commencé en 1984, lorsque l’expérience CLEO a fixé la première limite supérieure de son taux.
Dans un article soumis à la revue Physical Review X, le Dr Cliff et ses collègues ont signalé un excès de tels événements par rapport au contexte attendu, avec une signification statistique de 3,0 écarts-types.
En combinaison avec les données antérieures de l’expérience LHCb, la signification s’élève à 3,2 écarts-types.
« Lorsque nous avons vu le résultat pour la première fois, ce fut un moment vraiment passionnant », a déclaré le Dr Cliff.
« Voir quelque chose que les gens recherchaient depuis avant ma naissance était un véritable privilège. »
« Nous frappons à la porte du Zeptoverse maintenant. J’ai hâte de voir ce que nous trouverons au fur et à mesure que nous explorerons plus en profondeur. »
L’équipe LHCb a mesuré la fraction de branchement de la désintégration, la part de B0 les mésons qui se désintègrent de cette façon, à environ 1,26 sur 10 milliards dans les seules nouvelles données, avec une incertitude statistique d’environ 0,5 sur 10 milliards.
La prévision du modèle standard est d’environ 1,03 sur 10 milliards. Le résultat combiné avec des données plus anciennes est de 1,14 sur 10 milliards.
« Les physiciens recherchent cette désintégration depuis plus de quarante ans », a déclaré le Dr Marco Santimaria, physicien à l’INFN Laboratori Nazionali di Frascati.
« Une précision extrême est nécessaire pour distinguer les muons de l’arrière-plan écrasant. »
Les chercheurs ont également mesuré un processus frère, la désintégration du B plus lourd.0s méson en deux muons, ce qui est plus courant mais néanmoins extraordinairement rare.
Ils ont trouvé une fraction de branchement de 3,31 sur un milliard, contre une prévision du modèle standard de 3,66 sur un milliard, et ont déclaré qu’il s’agissait de la détermination la plus précise à ce jour.
Ils ont également mesuré le B0s la durée de vie effective du méson dans cette désintégration, une quantité qui peut révéler les contributions d’une nouvelle physique.
Le nouveau résultat est de 1,42 picosecondes (milliardièmes de seconde) avec une incertitude statistique de 0,18 ; combinée aux données antérieures du LHCb, elle est de 1,60 picoseconde.
« LHCb est une grande réussite du CERN, dans laquelle Oxford est fier de jouer un rôle de premier plan, depuis le lancement du projet en 1995 », a déclaré le professeur Guy Wilkinson, physicien à l’université d’Oxford.
« L’annonce d’aujourd’hui inaugure une nouvelle ère de découverte pour l’expérience et démontre de manière éclatante la sensibilité accrue que nous avons atteinte dans notre quête pour aller au-delà de notre compréhension actuelle de la physique au niveau le plus fondamental. »
« Ce résultat fantastique met en valeur les extraordinaires capacités de LHCb à sonder la nature au niveau fondamental », a déclaré le professeur Tim Gershon, chercheur à l’Université de Warwick.
