La physique de précision atteint des sommets avec le LHCb

Lors de la conférence bisannuelle Lepton-Photon, qui s’est achevée samedi 27 août à Mumbai (Inde), ont été présentés les résultats de l’expérience LHCb du CERN* relatant des mesures les plus précises réalisées à ce jour sur des particules appelées mésons B, lesquelles permettent d’étudier l’asymétrie entre la matière et l’antimatière.

L’expérience LHCb étudie ce phénomène en observant la manière dont les mésons B se désintègrent en d’autres particules. Ces nouveaux résultats corroborent les précédentes mesures réalisées par LHCb, qui ont été présentées le mois dernier lors de la conférence de la Société européenne de physique à Grenoble (France), et qui montraient que les désintégrations de mésons B mesurées jusqu’à présent par la collaboration concordent parfaitement avec les prédictions du Modèle standard de la physique des particules – la théorie que les physiciens utilisent pour décrire le comportement des particules fondamentales.

« Ces résultats montrent que nous sommes maintenant capables de mesurer les détails les plus subtils du système des mésons B, indique Pierluigi Campana, le porte-parole de l’expérience. Nous ne pourrions donc être mieux placés pour pouvoir commencer à trouver des failles dans le Modèle standard et expliquer l’asymétrie matière-antimatière. »

On pense que la matière et l’antimatière aurait existé en quantités égales dans les premiers instants de l’Univers. Mais, à mesure que l’Univers s’est dilaté et refroidi, une asymétrie est apparue, laissant l’Univers composé semble-t-il exclusivement de matière. Les quarks lourds sont très utiles pour étudier ce phénomène, car plus le quark est lourd, plus ses modes de désintégration sont nombreux, et toutes ces désintégrations sont décrites par le Modèle standard. L’asymétrie matière-antimatière est prédite par le Modèle standard, mais à un niveau insuffisant pour pouvoir expliquer l’asymétrie observée dans l’Univers. Des écarts par rapport aux prédictions pourraient être le signe d’une nouvelle physique. Les quarks B sont produits en grande quantité au LHC, ce qui fait d’eux la particule idéale pour étudier au Laboratoire l’asymétrie matière-antimatière. Les quarks ne sont jamais créés seuls, mais se déplacent toujours accompagnés d’un autre quark, donnant ainsi naissance à une famille de particules appelées mésons B. Ce sont ces particules que LHCb étudie.

Un peu plus tôt dans l’année, des expériences au Laboratoire Fermi ont présenté des résultats pouvant indiquer un possible écart par rapport au Modèle standard. Depuis, la précision des mesures réalisées par l’expérience LHCb a dépassé celle des expériences du Laboratoire Fermi, sans observer un tel écart.

« Ces résultats suggèrent que le diable est dans les détails, souligne Pierluigi Campana, et nous sommes arrivés au point où nous mettons le doigt précisément sur les détails. Ce n’est pas le diable que nous espérons trouver, mais bien de nouveaux indices d’écarts par rapport au Modèle standard. »

Si LHCb a pu atteindre ce niveau de précision si tôt dans la durée de vie opérationnelle du LHC, c’est grâce à l’excellente performance de la machine et à la manière dont les scientifiques de l’expérience LHCb ont collaboré avec les ingénieurs du LHC pour optimiser la quantité de données recueillies. Contrairement aux grands détecteurs polyvalents que sont ATLAS et CMS, le détecteur LHCb n’a pas été construit pour enregistrer des données alors que le LHC tourne à plein régime. Il contient des éléments très sensibles situés à proximité du faisceau, qui peuvent mesurer les traces très fugaces laissées par les mésons B avant qu’ils ne se désintègrent. Concilier la nécessité de protéger ces instruments d’éventuels dommages causés par le faisceau tout en portant l’intensité du faisceau à son maximum est le défi que les ingénieurs et les scientifiques ont réussi à relever.

« La collaboration avec les équipes de l’accélérateur a été formidable, explique Pierluigi Campana. Elle nous a permis de recueillir des données beaucoup plus rapidement qu’escompté et elle nous rapproche chaque jour un peu plus de la réponse à la question de savoir où est passée l’antimatière. »

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