Grâce aux données de plus d’un milliard d’événements de collision de protons collectées au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, les physiciens ont mesuré la masse du boson W avec une précision record. La valeur correspond à la prédiction du modèle standard, ce qui donne aux chercheurs l’assurance qu’aucune force inattendue ne se cache dans la mesure.
Découvert pour la première fois en 1983, le boson W est l’une des deux particules élémentaires qui incarnent la force faible, l’une des quatre forces fondamentales de la nature.
La force faible permet à certaines particules de changer d’identité, par exemple des protons aux neutrons et vice versa. Cette transformation est à l’origine de la désintégration radioactive, ainsi que de la fusion nucléaire, qui alimente le Soleil.
Attraper un boson W est presque impossible, car il se désintègre presque immédiatement en deux types de particules, dont l’une, un neutrino, est si insaisissable qu’elle ne peut pas être détectée.
Les physiciens doivent mesurer l’autre particule, connue sous le nom de muon, et modéliser comment elle pourrait s’additionner à la masse totale de son parent, le boson W.
Dans la nouvelle étude, les physiciens ont utilisé l’expérience Compact Muon Solenoid (CMS), un détecteur de particules du LHC qui suit avec précision les muons et autres particules produites à la suite de collisions de protons.
À partir de milliards de collisions proton-proton, ils ont identifié 100 millions d’événements qui ont produit un boson W se désintégrant en muon et en neutrino.
Pour chacun de ces événements, ils ont effectué des analyses détaillées pour affiner une mesure de masse précise.
Au final, ils ont déterminé que le boson W avait une masse de 80 360,2 ± 9,9 mégaélectrons-volts (MeV).
Cette nouvelle masse est conforme aux prédictions du modèle standard, qui constitue le meilleur guide des physiciens pour décrire les particules et les forces fondamentales de la nature.
La précision de la nouvelle mesure est comparable à une mesure précédente réalisée en 2022 par le détecteur de collisionneur du Laboratoire Fermi (CDF).
Cette mesure a surpris les physiciens, car elle était nettement plus lourde que ce que prédisait le modèle standard, et a donc soulevé la possibilité d’une nouvelle physique, telle que des particules et des forces qui restent encore à découvrir.
Étant donné que la nouvelle mesure CMS est tout aussi précise que le résultat CDF et est conforme au modèle standard ainsi qu’à un certain nombre d’autres expériences, il est plus probable que les physiciens soient sur des bases solides quant à leur compréhension du boson W.
« Pour être honnête, c’est un énorme soulagement », a déclaré le Dr Kenneth Long, physicien au MIT.
« Cette nouvelle mesure est une confirmation solide que nous pouvons faire confiance au modèle standard. »
