L'expérience LHCb au CERN a annoncé aujourd'hui de nouveaux résultats qui, s'ils sont confirmés, laissent entrevoir une faille dans le Modèle standard de la physique des particules. Ces résultats, qui portent sur la violation potentielle du principe de l'universalité de la saveur des leptons, ont été annoncés lors de la conférence des Rencontres de Moriond sur les interactions électrofaibles et les théories unifiées, ainsi que lors d'un séminaire organisé en ligne au CERN, l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire.

La mesure effectuée par la collaboration LHCb (Large Hadron Collider beauty), compare deux types de désintégration des « quarks beauté ». La première désintégration concerne l'électron ; l'autre le muon, une autre particule élémentaire similaire à l'électron, mais qui est environ 200 fois plus lourde. L'électron et le muon, ainsi qu'une troisième particule appelée tau, constituent les types de saveurs leptoniques. Le Modèle standard prévoit que les désintégrations impliquant différentes saveurs de leptons, comme celle de l'étude LHCb, devraient se produire avec la même probabilité, une propriété appelée l’universalité de la saveur des leptons, qui est généralement mesurée par le rapport entre les probabilités de désintégration. Dans le modèle standard de la physique des particules, ce rapport devrait être très proche de un.

Le nouveau résultat fournit des indices pour une déviation de un, la signification statistique du résultat étant de 3,1 écarts types. Ceci implique une probabilité d'environ 0,1 % que les données soient compatibles avec les prédictions du Modèle standard. « Si une violation de l'universalité de la saveur des leptons devait être confirmée, cela impliquerait un nouveau processus physique, comme l'existence de nouvelles particules ou interactions fondamentales, explique le professeur Chris Parkes, de l'université de Manchester et porte-parole de LHCb au CERN. D'autres études sur des processus connexes sont en cours à l'aide des données LHCb existantes. Nous sommes impatients de voir si elles renforcent les indices intrigants des résultats actuels. »

L'écart présenté aujourd'hui est conforme à un schéma d'anomalies mesurées dans des processus similaires par LHCb et d'autres expériences dans le monde entier au cours de la dernière décennie. Les nouveaux résultats déterminent le rapport entre les probabilités de désintégration avec une précision bien supérieure à celle des mesures précédentes et utilisent pour la première fois toutes les données recueillies par le détecteur LHCb jusqu'à présent.

L'expérience LHCb est l'une des quatre grandes expériences auprès du Grand collisionneur de hadrons du CERN, situé sous terre à la frontière franco-suisse, près de Genève. L'expérience est conçue pour étudier les désintégrations de particules contenant un quark b, une particule fondamentale qui a environ quatre fois la masse du proton. Les résultats présentés aujourd'hui se concentrent sur l’universalité de la saveur des leptons, mais l'expérience LHCb étudie également les différences entre la matière et l’antimatière.

Si l'on se tourne vers l'avenir, l'expérience LHCb est bien placée pour clarifier l'existence potentielle d'effets de nouvelle physique évoqués dans les désintégrations présentées aujourd'hui. L'expérience LHCb devrait commencer à recueillir de nouvelles données l'année prochaine, suite à une amélioration du détecteur.

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Matériel supplémentaire :

Photo de l'expérience LHCb : http://cds.cern.ch/record/2302374?ln=fr#24
Légende : L'expérience LHCb est l'une des quatre grandes expériences du Grand collisionneur de hadrons du CERN, situé sous terre à la frontière franco-suisse, près de Genève.

Publication de LHCb :  https://arxiv.org/abs/ 2103.11769

Article de LHCb : https://lhcb-public.web.cern.ch/Welcome.html#RK2021