L’une des particules fondamentales de l’univers est plus lourde que ne le pensaient les scientifiques, révèle une nouvelle étude.
En utilisant les données recueillies par un collisionneur de particules dans l’Illinois, les scientifiques ont découvert que la particule, le boson W, a une masse nettement supérieure à celle indiquée par le modèle standard de la physique des particules.
Il n’y a qu’une infime différence dans la masse du boson W par rapport à ce que dit le modèle standard – seulement 0,1 %.
Mais s’il est reproduit par d’autres laboratoires, cela signifie que quelque chose de fondamental dans notre compréhension de la nature et du fonctionnement de l’univers est faux.
Le modèle standard de la physique des particules est la meilleure théorie dont disposent les scientifiques pour décrire les éléments constitutifs les plus élémentaires de l’univers et les forces qui les régissent.
Cette photo montre le Collider Detector au Fermi National Accelerator Laboratory à l’extérieur de Batavia, Illinois. Dans les résultats publiés le jeudi 7 avril 2022, les scientifiques du laboratoire ont calculé que le boson W, une particule fondamentale de la physique, pèse un peu plus que ce que leur livre de règles théoriques pour l’univers leur dit qu’il devrait
Cependant, la nouvelle mesure du boson W – la plus précise jamais réalisée – contredit directement les règles du modèle standard, selon l’étude.
Découvert en 1983, le boson W est une particule fondamentale électriquement chargée qui régit ce qu’on appelle la force faible, l’une des quatre forces fondamentales de la nature, et donc un pilier du modèle standard.
La nouvelle recherche a été menée au Fermilab, un laboratoire national du Département américain de l’énergie spécialisé dans la physique des particules à haute énergie juste à l’extérieur de Batavia, dans l’Illinois.
Le Collider Detector du Fermilab (CDF) est une collaboration expérimentale qui étudie les collisions de particules du Tevatron, l’un des accélérateurs de particules les plus énergétiques au monde, en écrasant les particules à des vitesses hallucinantes.
“Le nombre d’améliorations et de vérifications supplémentaires apportées à notre résultat est énorme”, a déclaré le professeur Ashutosh Kotwal de l’Université Duke en Caroline du Nord, qui a dirigé cette analyse et est l’un des quelque 400 scientifiques de la collaboration CDF.
Le professeur Kotwal a déclaré que le résultat leur avait pris plus de 10 ans pour enregistrer et examiner un “ensemble de données d’environ 450 billions de collisions”.
«Nous avons pris en compte notre meilleure compréhension de notre détecteur de particules ainsi que les avancées dans la compréhension théorique et expérimentale des interactions du boson W avec d’autres particules», a-t-il déclaré.
“Lorsque nous avons finalement dévoilé le résultat, nous avons constaté qu’il différait de la prédiction du modèle standard.”
Vue intérieure de l’accélérateur de particules Tevatron au Fermilab, Illinois. Cette photo a été prise en 1992
Les scientifiques du CDF affirment avoir maintenant déterminé la masse de la particule avec une précision de 0,01 %, soit deux fois plus précise que la meilleure mesure précédente.
Ils l’ont comparé à la mesure du poids d’un gorille de 350 kilogrammes (800 livres) à moins de 40 grammes (1,5 once).
Ils ont constaté qu’il était différent de la prédiction du modèle standard de sept écarts-types, également appelés sigma.
Harry Cliff, un physicien des particules à l’Université de Cambridge qui travaille au Large Hadron Collider en Europe, a déclaré que si vous lanciez une pièce, “les chances d’obtenir un résultat de cinq sigma par pure chance sont de une sur trois millions et demi”.
“Si cela est réel, et non un biais systématique ou une incompréhension de la façon de faire les calculs, alors c’est énorme, car cela signifierait qu’il existe un nouvel ingrédient fondamental dans notre univers que nous n’avons pas découvert auparavant”, a-t-il déclaré.
Cependant, il a ajouté que “si vous allez dire quelque chose d’aussi important que nous avons brisé le modèle standard de la physique des particules, et qu’il y a de nouvelles particules à découvrir, pour convaincre les gens que vous avez probablement besoin de plus d’une mesure de plus d’une mesure.’
Le Dr Cliff a déclaré que le modèle standard est “probablement la théorie et la théorie scientifique les plus réussies jamais écrites – il peut faire des prédictions incroyablement précises”.
Mais si ces prédictions s’avèrent fausses, elles ne peuvent pas simplement être modifiées.
“C’est comme un château de cartes, vous en tirez un peu trop, tout s’effondre”, a déclaré Cliff à l’-.
Le boson W est la particule messagère de la force nucléaire faible. Il est responsable des processus nucléaires qui font briller le soleil et désintégrer les particules. Les scientifiques du CDF étudient les propriétés du boson W à l’aide des données qu’ils ont recueillies au Tevatron Collider du Fermilab
La masse d’un boson W est d’environ 80 fois la masse d’un proton, soit environ 80 000 MeV/c2. Les scientifiques du Collider Detector de la collaboration Fermilab ont réalisé la mesure la plus précise au monde. La valeur CDF a une précision de 0,01 % et est en accord avec de nombreuses mesures de masse du boson W. Il montre la « tension » avec la valeur attendue basée sur le modèle standard de la physique des particules. Ici, les barres horizontales indiquent l’incertitude des mesures obtenues par diverses expériences. Les résultats les plus récents du Fermilab, en bas en rouge, ont des barres plus courtes, indiquant ainsi une haute certitude
Le modèle standard n’est pas sans problèmes – par exemple, il n’explique pas la présence de matière noire, qui représenterait 95 % de l’univers.
Le co-porte-parole du CDF, David Toback, de la Texas A&M University, a déclaré que le résultat est une contribution importante au test de l’exactitude du modèle standard.
“Il appartient maintenant à la communauté de la physique théorique et aux autres expériences de suivre cela et de faire la lumière sur ce mystère”, a-t-il déclaré.
“Si la différence entre la valeur expérimentale et la valeur attendue est due à une sorte de nouvelle particule ou d’interaction subatomique, ce qui est l’une des possibilités, il y a de fortes chances que ce soit quelque chose qui puisse être découvert dans de futures expériences.”
Le Tevatron était l’accélérateur de particules à la plus haute énergie au monde jusqu’en 2009, date à laquelle il a été supplanté par le Large Hadron Collider près de Genève, qui a observé le boson de Higgs quelques années plus tard.
Le Tevatron a cessé de fonctionner en 2011, mais les scientifiques du CDF n’ont cessé de faire des calculs depuis.
L’étude a été publiée dans la revue Science.
