Un nouveau calcul de haute précision d’un composant clé à la base du moment magnétique du muon, un cousin plus lourd de l’électron, rapproche la théorie et l’expérience d’un rare alignement, renforçant le modèle standard et atténuant les espoirs d’une nouvelle physique.
Le muon est une particule subatomique semblable à un électron mais environ 200 fois plus lourde.
Les muons sont produits lorsque les rayons cosmiques frappent l’atmosphère terrestre. Environ 50 de ces muons traversent le corps humain chaque seconde.
Comme l’électron, le muon se comporte comme un minuscule aimant. La force de ce magnétisme (son moment magnétique) a longtemps servi de test puissant du modèle standard, la théorie décrivant les particules et les forces fondamentales de la nature.
« Le muon est une particule élémentaire de courte durée avec un spin 1/2 et une masse 207 fois supérieure à celle de l’électron », ont déclaré Finn Stokes, physicien à l’Université d’Adélaïde, et ses collègues.
« Les deux particules créent autour d’elles un champ magnétique, caractérisé par un moment dipolaire magnétique. »
« Ce moment est proportionnel à la rotation et à la charge de la particule et inversement proportionnel au double de sa masse. »
Pendant des années, la force du magnétisme du muon a montré un écart persistant entre la théorie et l’expérience, laissant entrevoir la possibilité d’une physique non découverte au-delà du modèle standard.
Cependant, la nouvelle étude de l’équipe résout finalement cette divergence, renforçant ce modèle plutôt que de le briser.
« Nos recherches se concentrent sur la partie la plus incertaine de la prédiction théorique : la contribution de la polarisation hadronique sous vide, qui résulte des interactions complexes des quarks et des gluons régies par la chromodynamique quantique (QCD) », a déclaré le Dr Stokes.
« Ces effets de force importante sont vraiment difficiles à calculer avec une grande précision. »
« Pour relever ce défi, nous avons utilisé une nouvelle approche hybride qui combine des simulations informatiques à grande échelle avec des données expérimentales. »
En utilisant certains des superordinateurs les plus puissants au monde et une technique connue sous le nom de QCD sur réseau, les chercheurs ont effectué des calculs à une résolution plus élevée que jamais, ce qui leur a permis de réduire considérablement les incertitudes.
Le résultat est presque deux fois plus précis que le précédent consensus mondial.
Ils ont déterminé la contribution de la polarisation hadronique dans le vide avec une précision sans précédent, conduisant à une nouvelle prédiction du modèle standard pour le moment magnétique du muon.
Cette prévision mise à jour est en accord avec les dernières mesures expérimentales à seulement 0,5 écart type.
« Ces travaux démontrent la puissance de la combinaison de techniques théoriques et expérimentales pour résoudre certains des problèmes de physique les plus complexes », a déclaré le Dr Stokes.
« Il s’agit d’une avancée majeure dans notre capacité à tester le modèle standard. Avec cette réduction des incertitudes, nous pouvons désormais comparer la théorie et l’expérience avec une précision sans précédent, fournissant une validation remarquable du modèle standard à 11 décimales près. »
Les résultats ont été publiés le 22 avril 2026 dans la revue Nature.
