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Aurait-on découvert une cinquième force de la nature ?

Crédits : Max Pixel

Notre compréhension actuelle de l’Univers repose sur quatre forces fondamentales. Une étude récente suggère pourtant la possible existence d’une cinquième force.

Notre monde est régi par quatre forces de la nature. Il s’agit de la gravité, l’électromagnétique, la force nucléaire forte et la force nucléaire faible.

Dans le monde de l’infiniment petit, on retrouve les deux forces nucléaires. La force forte permet le maintien des noyaux atomiques, tandis que la force faible permet à certains atomes de subir une désintégration radioactive. À notre échelle, la force électromagnétique est nécessaire pour maintenir nos molécules ensemble, tandis que la gravité est l’interaction physique responsable de l’attraction des corps massifs entre eux.

Ensemble, elles permettent de prédire le comportement de toutes les particules de matière de l’Univers. Enfin, c’était ce que l’on croyait.

Une cinquième force ?

Tout a démarré en 2016, au cours d’une expérience faite par des chercheurs hongrois. Ces physiciens, à la base, étaient partis à la recherche de photons sombres, ces particules élémentaires hypothétiques proposées comme étant le principal support de la matière noire.

Les travaux de ces chercheurs avaient alors mené à la découverte d’une anomalie de la désintégration radioactive du béryllium.

Pour faire simple, lorsque deux de ces atomes se percutent à grande vitesse, leur noyau se rompt et une certaine quantité d’énergie est déployée, visible sous la forme d’un flash. À partir d’un certain stade d’énergie émise, le flash lumineux se décompose en une paire de deux particules, un électron et un positon. La façon dont elles se séparent devrait former un angle prédit selon les lois de conservation de l’énergie. Or, ce ne fut pas le cas lors de cette expérience.

Au regard de ces résultats, les chercheurs ont alors suggéré l’existence d’un boson fondamental, jusqu’alors inconnu, présentant un potentiel énergétique de 17 mégaélectronvolts. Ce boson ne pouvant être relié à l’une des quatre forces déjà connues puisque ses caractéristiques ne pouvaient être prédites. On a alors suggéré que cette particule puisse être la représentante d’une possible cinquième force de la nature. Mais, pour prouver cette hypothèse, il fallait d’autres preuves.

LHC Terre Hawking Martin Rees
Le LHC, le plus grand accélérateur de particules du monde situé sous la frontière franco-suisse. Crédits : Wikimedia Commons / CERN

La même particule ?

Récemment, cette même équipe a donc renouvelé l’expérience. Cette fois-ci, les chercheurs ne se sont pas concentrés sur le béryllium, mais sur des atomes d’hélium, toujours dans le même accélérateur de particules.

Ils ont alors observé le même phénomène : les noyaux ont émis un flash lumineux dont l’énergie s’est décomposée en une paire électron-positon et, de nouveau, les angles séparant les deux particules ne pouvaient être prédits. Mais le plus intéressant, c’est que l’hypothétique boson une nouvelle fois impliqué ici aurait lui aussi un potentiel énergétique proche de 17 mégaélectronvolts.

Pour les chercheurs, cette nouvelle expérience tend donc à confirmer qu’il existe bel et bien une cinquième force de la nature. Une force qui s’exprimerait par le biais de la “particule X17“, nommée ainsi d’après son potentiel énergétique.

Cet hypothétique boson, si tant est qu’il existe, pourrait potentiellement expliquer certains des mystères qui subsistent dans notre Univers, comme celui de la matière noire. Mais, dans le monde de la physique, on ne célèbre pas si facilement une victoire. Des examens minutieux de cette étude vont devoir être faits et d’autres expériences vont devoir être réalisées.

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