in

Physique des particules : l’universalité de Lepton serait-elle remise en question ?

Crédits : SLACNATIONAL ACCELERATOR LABORATORY

Trois expériences distinctes suggèrent que la décomposition du tau, une particule élémentaire de la famille des leptons, est beaucoup plus élevée qu’elle ne le devrait. Si ces résultats venaient à se confirmer, ils auraient alors des implications profondes pour la compréhension de la physique des particules.

Pour quiconque, sauf un physicien, elle pourrait sortir tout droit d’un épisode de « Star Trek ». Mais l’universalité de Lepton est bien une réalité. Il s’agit du modèle standard de physique des particules qui décrit et prédit le comportement de toutes les particules et forces connues à l’exception de la gravité. Parmi celles-ci, on compte les leptons : électrons, muons et taus. Une hypothèse fondamentale du modèle standard est que les interactions de ces particules élémentaires sont les mêmes malgré leurs différentes masses et leur durée de vie (taux de désintégration). C’est l’universalité de Lepton.

Des tests de précision comparant les processus impliquant des électrons et des muons n’ont révélé aucune violation définitive de cette hypothèse, mais des études récentes (trois au total) suggèrent que compte tenu des taux de décomposition des électrons et des muons, les taux de décomposition des taus sont beaucoup plus élevés qu’ils ne le devraient. Ces trois expériences soulignent donc la forte possibilité que l’universalité de Lepton (et peut-être finalement le modèle standard lui-même) puisse nécessiter une révision. Ces résultats ont été publiés dans la revue Nature.

En d’autres termes donc, et pour simplifier, les taux se décomposent plus rapidement que le modèle standard de physique des particules ne le prédit le principe de l’universalité de Lepton. Ce qui est étrange, c’est que le résultat d’une seule expérience pourrait facilement constituer une erreur, mais trois expériences bien distinctes ont observé un taux plus élevé que prévu et ils ont tous été observés dans des environnements différents. Ces trois expériences (une réalisée au CERN en Suisse, une seconde au SLAC National Accelerator Laboratory en Californie et une troisième au Japon) ont effectivement mis au défi les principes de l’universalité de Lepton au niveau 4 des écarts types. Cela indique une certitude de 99,95 %.

Bien que ces trois expériences paraissent assez convaincantes avec des résultats étonnamment similaires, ceux-ci ne sont pas encore suffisants pour établir une violation de l’Universalité de Lepton. Le renversement de ce précepte de physique de longue durée nécessiterait une signification d’au moins cinq écarts types, représentant une probabilité d’erreur inférieure à 0,00003 %. Cependant, le fait que les trois expériences aient observé ces taux est tout à fait remarquable. Une confirmation de ces résultats signalerait de nouvelles particules ou interactions et pourrait avoir des implications profondes pour la compréhension de la physique des particules.

Source