On ne change pas sa nature. Une particule de matière reste une particule de matière. Et pourtant... Grâce à une particularité de la physique quantique, quatre particules connues, constituées de deux quarks différents, comme par exemple le méson D neutre, composé d'un quark c et d'un antiquark up, peuvent osciller spontanément pour se transformer en leur particule d'antimatière, et vice-versa.

Lors d'un séminaire tenu récemment au CERN, la collaboration LHCb auprès du LHC a présenté les résultats de sa dernière étude sur l'asymétrie matière-antimatière portant sur l'oscillation du méson D neutre. Cette asymétrie, si elle était confirmée, pourrait contribuer à expliquer le mystérieux déséquilibre matière-antimatière dans l'Univers.

La force faible du Modèle standard  de la physique des particules est à l'origine d'une asymétrie entre matière et antimatière, appelée violation de CP, dans les particules contenant des quarks. Toutefois, ces sources de violation de CP sont difficiles à étudier et ne suffisent psa à expliquer le déséquilibre matière-antimatière dans l'Univers ; c'est pourquoi les physiciens sont conduits à rechercher de nouvelles sources, tout en s'efforçant d'approfondir l'étude des source connues.

Dernièrement, les chercheurs de LHCb ont entrepris de mesurer avec une précision inédite un ensemble de paramètres qui déterminent l'oscillation matière-antimatière du méson D neutre et de permettre la recherche de la violation de CP, prédite mais jusqu'à présent jamais observée, dans cette oscillation.

La collaboration avait précédemment mesuré le même ensemble de paramètres, liés à la désintégration du méson D neutre en un kaon de charge positive et un pion de charge négative, en utilisant l'intégralité de son ensemble de données issu de la première période d'exploitation du LHC ainsi qu'une partie des données issues de la deuxième période d'exploitation. Cette fois, l'équipe a analysé la totalité de l'ensemble de données issu de la deuxième période d'exploitation et, en combinant le résultat avec celui de l'analyse précédente (à l'exclusion de l'analyse partielle portant sur la deuxième période d'exploitation), elle a obtenu les mesures les plus précises des paramètres à ce jour. L'incertitude de la mesure est 1,6 fois plus faible que l'incertitude la plus faible obtenue précédemment par LHCb.

Les résultats concordent avec ceux des études précédentes, confirmant l'oscillation matière-antimatière du méson D neutre, et ne présentent aucun indice de violation de CP dans cette oscillation. Ces résultats appellent de futures analyses de ce canal ainsi que d'autres canaux de désintégration du méson D neutre au moyen des données de la troisième période d'exploitation du LHC, et des données de la version améliorée du LHC, le LHC à haute luminosité.

D'autres canaux de désintégration du méson D neutre sont intéressants à étudier, comme la désintégration en une paire de kaons ou une paire de pions : c'est là que des chercheurs de LHCb ont observé pour la première fois la violation de CP dans des particules contenant des quarks c. Ou comme la désintégration en un kaon neutre et une paire de pions, qui a permis à LHCb de mesurer la vitesse d'oscillation matière-antimatière de cette particule. Il faudra explorer toutes les voies de recherche pour tenter d'élucider le déséquilibre matière-antimatière dans l'Univers, et d'autres mystères cosmiques.

Plus d'informations sur le site de LHCb.