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Un minuscule muon vacillant vient de secouer la physique des particules en son cœur

Les résultats de l’une des expériences les plus attendues en physique des particules sont arrivés, et ils pourraient être sur le point de réaliser les rêves les plus fous de tous les chercheurs: ils pourraient peut-être, peut-être, briser la physique telle que nous la connaissons.

Les preuves tirées du Laboratoire national des accélérateurs Fermi près de Chicago semblent indiquer une minuscule particule subatomique connu comme le muon vacillant bien plus que la théorie ne le prévoit. La meilleure explication, selon les physiciens, est que le muon est poussé par des types de matière et d’énergie totalement inconnus de la physique.

Si les résultats sont vrais, la découverte représente une percée en physique des particules d’un type qui n’a pas été vu depuis 50 ans, lorsque la théorie dominante pour expliquer les particules subatomiques a été développée pour la première fois. Le vacillement minuscule du muon – créé par l’interaction de son champ magnétique intrinsèque, ou moment magnétique, avec un champ magnétique externe – pourrait ébranler les fondements mêmes de la science.

« Aujourd’hui est une journée extraordinaire, attendue depuis longtemps non seulement par nous, mais par toute la communauté internationale de la physique », Graziano Venanzoni, co-porte-parole du Muon expérience g-2 et physicien à l’Institut national italien de physique nucléaire, dit dans un communiqué.

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Parfois connus sous le nom de «gros électrons», les muons sont similaires à leurs cousins ​​plus connus, mais ils sont 200 fois plus lourds et radioactivement instables – se désintégrant en seulement un millionième de seconde en électrons et en minuscules particules fantomatiques sans charge appelées neutrinos. Les muons ont également une propriété appelée spin qui, combinée à leur charge, les fait se comporter comme s’ils étaient de minuscules aimants, les faisant osciller comme de petits gyroscopes lorsqu’ils sont plongés dans un champ magnétique.

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Mais les résultats d’aujourd’hui, qui proviennent d’une expérience dans laquelle des physiciens ont envoyé des muons sifflant autour d’un anneau magnétique supraconducteur, semblent montrer que le muon vacille beaucoup plus qu’il ne devrait l’être. La seule explication, selon les scientifiques de l’étude, est l’existence de particules non encore expliquées par l’ensemble des équations qui expliquent toutes les particules subatomiques, appelé modèle standard – qui est resté inchangé depuis le milieu des années 1970. Ces particules exotiques et les énergies associées, selon l’idée, seraient en train de pousser et de tirer sur les muons à l’intérieur de l’anneau.

Les chercheurs du Laboratoire Fermi sont relativement convaincus que ce qu’ils ont vu (le vacillement supplémentaire) était un phénomène réel et non un coup de chance statistique. Ils ont mis un chiffre sur cette confiance de «4.2 sigma», qui est incroyablement proche du seuil de 5 sigma auquel les physiciens des particules déclarent une découverte majeure. (Un résultat de 5 sigma suggérerait qu’il y a 1 chance sur 3,5 millions que cela se produise par hasard.)

« Cette quantité que nous mesurons reflète les interactions du muon avec tout le reste de l’univers. Mais lorsque les théoriciens calculent la même quantité, en utilisant toutes les forces et particules connues dans le modèle standard, nous n’obtenons pas la même réponse, » Renee Fatemi, physicienne à l’Université du Kentucky et responsable des simulations pour l’expérience Muon g-2, a déclaré dans un communiqué. « C’est une preuve solide que le muon est sensible à quelque chose qui n’est pas dans notre meilleure théorie. »

Cependant, un calcul rival effectué par un groupe distinct et publié mercredi 7 avril dans la revue La nature pourrait priver l’oscillation de sa signification. Selon les calculs de cette équipe, qui donnent une valeur beaucoup plus grande au terme le plus incertain de l’équation qui prédit le mouvement de balancement du muon, les résultats expérimentaux sont totalement conformes aux prévisions. Vingt ans de chasse aux particules auraient pu tout être pour rien.

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« Si nos calculs sont corrects et que les nouvelles mesures ne changent pas l’histoire, il semble que nous n’avons pas besoin de nouvelle physique pour expliquer le moment magnétique du muon – il suit les règles du modèle standard », Zoltan Fodor, professeur de physique à Penn State et un chef de l’équipe de recherche qui a publié l’article Nature, dit dans un communiqué.

Mais Fodor a ajouté que, étant donné que la prédiction de son groupe reposait sur un calcul totalement différent avec des hypothèses très différentes, leurs résultats étaient loin d’être achevés. « Notre découverte signifie qu’il existe une tension entre les résultats théoriques précédents et nos nouveaux. Cette divergence doit être comprise », a-t-il déclaré. « De plus, les nouveaux résultats expérimentaux pourraient être proches des anciens ou plus proches des calculs théoriques précédents. Nous avons de nombreuses années d’excitation devant nous. »

En substance, les physiciens ne seront pas en mesure de dire de manière concluante si de toutes nouvelles particules tirent sur leurs muons jusqu’à ce qu’ils puissent s’entendre exactement sur la manière dont les 17 particules du modèle standard existantes interagissent avec les muons. Jusqu’à ce qu’une théorie l’emporte, la physique est laissée en suspens.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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