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Notre meilleure théorie de l’Univers vacille: Fermilab trouve des preuves solides qu’il y a quelque chose au-delà des lois actuelles de la physique

Nous sommes sur le point de défier les lois actuelles de la physique. Fermilab et une équipe internationale de 200 scientifiques ont publié les premiers résultats de leur expérience Muon g-2 et ont trouvé des preuves importantes que le modèle standard de la physique des particules ne suffit pas pour expliquer ce qui a été observé. Une expérience réalisée avec une précision sans précédent et anticipant l’existence d’une force ou d’une particule inconnue.

«C’est une journée extraordinaire pour toute la communauté internationale», expliquent les responsables de l’expérience, qui comparent cette découverte à l’arrivée du premier rover sur Mars.

La particule analysée est le muon, semblable à l’électron mais beaucoup plus lourd. Les scientifiques ont découvert que ces muons n’agissent pas comme prévu lorsqu’ils sont envoyés à travers un champ magnétique puissant au Fermilab, le laboratoire national de physique des hautes énergies aux États-Unis et qui abrite le deuxième plus grand accélérateur de particules au monde après le CERN.


Il semble que quelque chose ne va pas avec le modèle standard

Le résultat montre que le muon est affecté par quelque chose qui ne se trouve pas dans le modèle standard, la théorie utilisée depuis des décennies. Ce n’est pas la première fois que la possibilité qu’il y ait une force ou une particule au-delà a été proposée, mais c’est la la première fois qu’une expérience de cette ampleur est réalisée et que les données sont si claires que quelque chose ne va pas.

En 2011, une série d’expériences au Brookhaven National Laboratory a également anticipé cette possibilité. Récemment, en mars 2021, le CERN a obtenu un « résultat intrigant » avec des muons qui indiquait une possible rupture de l’universalité de l’arôme leptonique.

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Le calcul de l’expérience tourne autour du facteur g du muon, qui peut être calculé avec une précision énorme. Ces données reflète les interactions du muon avec tout le reste de l’univers. Cependant, les résultats ne correspondent pas à la théorie. Pas du moins lorsque les quatre forces fondamentales connues sont prises en compte: interaction gravitationnelle, nucléaire faible, électromagnétique et nucléaire fort.

« C’est une preuve solide que le muon est sensible à quelque chose qui n’est pas dans notre meilleure théorie»explique Renee Fatemi, physicienne à l’Université du Kentucky et en charge des simulations de l’expérience Muon g-2.

Graphique des résultats Muon G 2

Les résultats montrent une différence avec la théorie avec une signification de 4.2 sigma, légèrement en dessous de 5 sigma (ou écarts types) dont les scientifiques ont besoin pour confirmer une découverte. En termes statistiques, la probabilité que ces résultats soient un écart ponctuel serait d’environ 1 sur 40 000.

Actuellement au Fermilab, ils analysent les données d’une deuxième et troisième expérience avec des muons. Une quatrième expédition de ces muons le long de l’anneau supermagnétique de 15 mètres est en cours et un cinquième processus est prévu. Pour le moment moins de 6% des données qui seront éventuellement collectées ont été analyséesMais les résultats se révèlent déjà indiquer un terrain inconnu.

L’écart du facteur g du muon, qui devrait théoriquement être égal à 2, pourrait s’expliquer par la présence de particules subatomiques inconnues ou possibilité d’une cinquième force fondamentale. Pour le moment, on ne sait pas ce qui peut causer cette déviation. Un travail qui devrait occuper les physiciens pendant des années.

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Plus d’informations | Fermilab

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