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Force of Nature: des scientifiques découvrent un «  tout nouveau  » type de particule au CERN

Les scientifiques pensent avoir découvert une « toute nouvelle force de la nature » au Grand collisionneur de hadrons du CERN qui pourrait expliquer pourquoi certaines particules atomiques se comportent de manière inattendue et qui pourrait transformer notre compréhension des rudiments de la physique. Les auteurs de la recherche ont déclaré cette semaine que leurs résultats devraient « faire battre le cœur des physiciens un peu plus vite » après avoir découvert des preuves d’un « tout nouveau » type de particule.

  Force of Nature: des scientifiques découvrent un tout nouveau type de particule au CERN

Le LHC du CERN a découvert un nouveau type de particule. Crédit image: CERN

Depuis sa création il y a plus de dix ans, le Grand collisionneur de hadrons (LHC) a cherché à plonger dans les secrets de l’univers en étudiant les plus petites particules de matière discrètes lorsqu’elles entrent en collision presque à la vitesse de la lumière.

Mis à part la découverte du boson de Higgs – une particule auparavant théorique qui donne de la masse à la matière – le projet n’a jusqu’à présent pas réussi à éclairer le fonctionnement des éléments constitutifs de la matière.

Selon le modèle standard de la physique des particules, les particules appelées quarks, dont beaucoup sont instables et n’existent que pendant une fraction de seconde, peuvent former des particules plus lourdes telles que des protons et des neutrons.

Les quarks peuvent également se désintégrer en d’autres particules appelées leptons – y compris les quarks dits «de beauté» – qui ont été découvertes au LHCb en 2014.

L’anomalie repérée à l’époque était que les quarks semblaient également se désintégrer en un autre type de lepton – les muons – moins souvent qu’ils ne se désintégraient en électrons.

Le modèle standard prédit que les quarks de beauté se désintègrent en muons au même rythme qu’ils le font en électrons.

«La seule façon dont ces désintégrations pourraient se produire à des rythmes différents est que des particules jamais vues auparavant s’impliquent dans la désintégration et font pencher la balance contre les muons», ont écrit les auteurs de la recherche de cette semaine sur le site The Conversation.

Jusqu’à récemment, il n’y avait pas suffisamment de données pour dire avec certitude ce qui se passait à l’intérieur du LHC.

En 2019, les scientifiques ont relancé l’expérience de 2014 sur les quarks de beauté avec des contributions supplémentaires recueillies au cours des années intermédiaires.

Le jeu de données a maintenant doublé, et l’équipe qui y réfléchit a travaillé « à l’aveugle » – ils n’ont pas pu voir le résultat tant que toutes les procédures n’ont pas été revues – afin d’éviter tout biais d’interprétation accidentel.

Lorsque le résultat est finalement sorti, les données ont montré qu’il y avait environ 85 désintégrations de muons pour 100 désintégrations d’électrons.

Les auteurs ont déclaré qu’il n’y avait qu’une chance sur mille que le résultat se produise au hasard – pas assez pour prouver l’existence d’une particule encore inconnue, mais des preuves solides en faveur de son existence.

Partie d’un plus grand puzzle

Les auteurs ont proposé plusieurs explications possibles.

Premièrement, le taux de désintégration variable pourrait être le résultat d’une particule «Z prime», essentiellement une nouvelle force de la nature.

« Cette force serait extrêmement faible, c’est pourquoi nous n’en avons vu aucun signe jusqu’à présent, et interagirait différemment avec les électrons et les muons », ont-ils écrit.

Une autre possibilité est le « lyptoquark » actuellement hypothétique, qui peut désintégrer les quarks et les leptons simultanément et qui « pourrait faire partie d’un puzzle plus vaste qui explique pourquoi nous voyons les particules que nous faisons dans la nature ».

Chris Parkes, porte-parole du LHCb de l’Université de Manchester et du CERN, a déclaré que si les résultats étaient confirmés « cela nécessiterait un nouveau processus physique, tel que l’existence de nouvelles particules ou interactions fondamentales ».

Les chercheurs ont déclaré qu’une expérimentation supplémentaire était nécessaire pour confirmer les résultats.

Mais si les données sont confirmées, ils ont dit qu’ils auraient des preuves d’une « partie de la vue d’ensemble qui se situe au-delà du modèle standard, ce qui pourrait finalement nous permettre de percer un certain nombre de mystères établis ».

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