La particule clé pèse un peu lourd, déconcertant les physiciens

Cette photo non datée fournie par le Fermi National Accelerator Laboratory en avril 2022 montre le Collider Detector de l’installation à l’extérieur de Batavia, Ill. 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. Crédit : Laboratoire Fermi via AP

La grande explication que les physiciens utilisent pour décrire le fonctionnement de l’univers peut avoir de nouveaux défauts majeurs à corriger après qu’une particule fondamentale s’est avérée avoir plus de masse que ne le pensaient les scientifiques.

“Ce n’est pas seulement quelque chose qui ne va pas”, a déclaré Dave Toback, physicien des particules à la Texas A&M University et porte-parole du Fermi National Accelerator Lab du gouvernement américain, qui a mené les expériences. S’il est reproduit par d’autres laboratoires, “cela signifie littéralement que quelque chose de fondamental dans notre compréhension de la nature est faux”.

Les physiciens du laboratoire ont écrasé des particules ensemble pendant dix ans et ont mesuré la masse de 4 millions de bosons W. Ces particules subatomiques sont responsables d’une force fondamentale au centre des atomes, et elles n’existent qu’une fraction de seconde avant de se désintégrer en d’autres particules.

“Ils apparaissent et disparaissent constamment dans l’écume quantique de l’univers”, a déclaré Toback.

La différence de masse par rapport à ce que prédit la théorie dominante de l’univers est trop grande pour être une erreur d’arrondi ou quoi que ce soit qui pourrait être facilement expliqué, selon l’étude d’une équipe de 400 scientifiques du monde entier publiée jeudi dans la revue Science .

Le résultat est si extraordinaire qu’il doit être confirmé par une autre expérience, disent les scientifiques. S’il était confirmé, cela présenterait l’un des plus gros problèmes à ce jour avec le livre de règles détaillé des scientifiques pour le cosmos, appelé le modèle standard.

Le physicien de l’Université Duke, Ashutosh V. Kotwal, chef de projet pour l’analyse, a déclaré que c’est comme découvrir qu’il y a une pièce cachée dans votre maison.

Les scientifiques ont émis l’hypothèse qu’il pourrait y avoir une particule non découverte qui interagit avec le boson W qui pourrait expliquer la différence. Peut-être que la matière noire, un autre composant mal compris de l’univers, pourrait jouer un rôle. Ou peut-être y a-t-il simplement une nouvelle physique impliquée qu’ils ne comprennent tout simplement pas pour le moment, ont déclaré les chercheurs.

Le modèle standard dit qu’un boson W devrait mesurer 80 357 000 électronvolts, plus ou moins six.

“Nous en avons trouvé un peu plus que cela. Pas tant que ça, mais c’est suffisant”, a déclaré Giorgio Chiarelli, un autre scientifique de l’équipe Fermi et directeur de recherche à l’Institut national italien de physique nucléaire. L’échelle de l’équipe de Fermi place le boson W à 80 433 000 électron-volts plus lourds, plus ou moins neuf.

Cela ne semble pas être une grande différence, mais c’en est une énorme dans le monde subatomique.

Mais l’équipe et les experts non impliqués dans la recherche ont déclaré qu’une telle affirmation nécessite une preuve supplémentaire d’une deuxième équipe, ce qu’ils n’ont pas encore.

“C’est une mesure incroyablement délicate, elle nécessite la compréhension de divers étalonnages de divers petits effets”, a déclaré Claudio Campagnari, physicien des particules à l’Université de Californie à Santa Barbara, qui ne faisait pas partie de l’équipe Fermi. “Ces gars sont vraiment bons. Et je les prends très au sérieux. Mais je pense qu’en fin de compte, ce dont nous avons besoin, c’est d’une confirmation par une autre expérience.”

Des mesures antérieures et moins précises du boson W par d’autres équipes ont révélé qu’il était plus léger que prévu, alors “peut-être qu’il y a juste quelque chose de bizarre dans cette expérience”, a déclaré le physicien de Caltech Sean M. Carroll, qui ne faisait pas partie de la recherche et a déclaré que cela “valait absolument la peine d’être pris très au sérieux”.

La découverte est importante en raison de son effet potentiel sur le modèle standard de la physique.

“La nature a des faits”, a déclaré Duke’s Kotwal. “Le modèle est la façon dont nous comprenons ces faits.”

Les scientifiques savent depuis longtemps que le modèle standard n’est pas parfait. Il n’explique pas bien la matière noire ou la gravité. Si les scientifiques doivent entrer et bricoler pour expliquer ces découvertes, ils doivent s’assurer qu’il ne détraque pas les équations mathématiques qui expliquent et prédisent maintenant bien d’autres particules et forces, ont déclaré les chercheurs.

C’est un problème récurrent avec le modèle. Il y a un an, une autre équipe a découvert un autre problème avec le modèle standard et la réaction des muons.

“La mécanique quantique est vraiment belle et bizarre”, a déclaré Toback. “Quiconque n’a pas été profondément troublé par la mécanique quantique ne l’a pas compris.”


La mesure la plus précise jamais réalisée de la masse du boson W suggère que le modèle standard doit être amélioré


Plus d’information:
AV Kotwal, Mesure de haute précision de la masse du boson W avec le détecteur CDF II, science (2022). DOI : 10.1126/science.abk1781. www.science.org/doi/10.1126/science.abk1781

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Citation: La particule clé pèse un peu lourd, confondant les physiciens (10 avril 2022) récupéré le 11 avril 2022 sur https://phys.org/news/2022-04-key-particle-bit-heavy-confounding.html

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