La Matière Noire a longtemps échappé à notre compréhension, mais des scientifiques à la recherche de preuves ont peut-être mis le doigt sur le mystère le plus persistant de l’univers en se rapprochant d’une nouvelle physique, suite aux dernières recherches du CERN.
La matière noire représente environ 85 % de toute la masse volumique de l’Univers connu. La substance insaisissable est « noire », ce qui signifie que les scientifiques ne peuvent la détecter ou interagir avec elle d’aucune manière significative. Désormais, une expérience menée au sein de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), démontre une nouvelle technique historique pour capturer et mesurer la désintégration extrêmement rare d’une particule subatomique. Et leurs résultats, présentés aujourd’hui lors d’un séminaire du CERN, indiquent comment des mesures précises de ce processus pourraient faire allusion à une nouvelle physique, au-delà du modèle standard développé dans les années 1970.
Le modèle standard est toujours utilisé pour décrire les forces fondamentales et les éléments constitutifs de l’Univers.
C’est une théorie très fructueuse, mais il reste des mystères de l’Univers que le Modèle Standard ne peut expliquer, tels que la nature de la matière noire et les origines du déséquilibre matière-antimatière.
Des scientifiques ont cherché des extensions au modèle standard capables de prédire de nouvelles particules ou interactions qui expliquent ces phénomènes.
La nouvelle mesure a été effectuée au laboratoire de physique des particules du CERN par une équipe dirigée par l’Université de Birmingham.
Le but de l’expérience, appelée NA62, est d’étudier les particules de kaon subatomiques.
Celles-ci contiennent un quark étrange et une manière particulière dont elles se transforment en d’autres types de particules avec des chances extrêmes d’environ un sur 10 milliards.
Ce processus rare est prédit en détail par le modèle standard avec une incertitude de moins de 10 %, ce qui signifie que tout écart par rapport à cette prédiction est un signe clair et passionnant de nouvelle physique.
En combinant les ensembles de données de 2016 et 2017, l’équipe du CERN a constaté que la fréquence de ce processus serait d’au plus 24,4 pour 100 milliards de désintégrations K+.
Ce résultat combiné est compatible avec la prédiction du modèle standard et permet à l’équipe d’imposer des limites aux théories du modèle standard qui prévoient de plus grandes fréquences que cette limite supérieure.
Cristina Lazzeroni, professeure de physique des particules à l’Université de Birmingham, a déclaré que les travaux sont « très prometteurs ».
Elle a dit : « Ce processus de désintégration du kaon est appelé le ‘canal doré’ du fait que la combinaison d’être ultra-rare et parfaitement prévu rentre dans le modèle Standard. »
« C’est très difficile à saisir et prometteur pour les scientifiques à la recherche d’une nouvelle physique. »
« En capturant une mesure précise de la désintégration, nous pouvons identifier les écarts par rapport à la prédiction du modèle standard. »
« Le nouveau résultat a encore limité les statistiques mais nous a déjà permis de commencer à imposer des contraintes sur certains nouveaux modèles physiques. »
L’expérience s’est déroulée sur trois ans sur le site Prevessin du CERN, en France, et a impliqué environ 200 scientifiques de 27 institutions.
Les recherches visaient à mesurer avec précision comment la particule de kaon se décompose en un pion et un couple neutrino-antineutrino en utilisant le faisceau de protons du Super Proton Synchrotron (SPS) du CERN.
Les kaons sont créés par la collision de protons à haute énergie provenant du SPS dans une cible stationnaire en béryllium.
Cela crée un faisceau de particules secondaires qui contient et propage près d’un milliard de particules par seconde, dont environ 6 % sont des kaons.
L’équipe du CERN a dû faire particulièrement attention à éviter tout ce qui pourrait biaiser le résultat extrême.
L’expérience a donc été menée comme une « analyse à l’aveuglette », où les physiciens ne regardent d’abord que l’arrière-plan pour vérifier que leur compréhension des différentes sources est correcte.
Ce n’est qu’une fois qu’ils en sont satisfaits qu’ils ont examiné la zone des données où l’on s’attend à trouver le signal.
Cette « séance à l’aveuglette » a eu lieu le 10 septembre lors de la Conférence internationale sur la physique du Kaon, tenue à Pérouse, en Italie.
Le professeur Lazzeroni a ajouté : « C’est un grand pas en avant pour le domaine de la physique des particules qui nous permettra d’explorer de nouvelles façons de comprendre notre univers. »
« Ceci a été rendu possible grâce à un énorme effort d’équipe de la part de tous les instituts collaborateurs et au soutien continu du CERN. »
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