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Le charme de la physique nouvelle

À proximité de Genève, le Grand collisionneur de hadrons, le plus grand accélérateur de particules au monde, est entré en fonction et les scientifiques s'attendent à la création de nouvelles particules. Il mettrait ainsi fin à un modèle standard de la physique des particules incontesté depuis 30 ans.
Le charme de la physique nouvelle
Les chercheurs qui travaillent sur le projet CHARM@LHCB (Search for new physics in charm at LHCb), financé par l'UE, s'attendent à deux découvertes dans un secteur inattendu avec l'expérience LHCb. À la différence du détecteur ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) ou CMS (Compact Muon Solenoid), LHCb est une petite expérience portant sur les quarks b.

Mais pourquoi le projet LHCb portant sur les quarks b permettrait-il la découverte d'une physique nouvelle? L'on a constaté que certains procédés régis par une interaction faible traitaient la matière et l'antimatière différemment. Le modèle standard intègre ce phénomène connu sous le nom de «violation de CP» par le biais de la matrice de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM).

La matrice CKM décrit la probabilité qu'un quark passe d'une saveur à une autre lorsqu'il entre en interaction avec le médiateur de la force faible. Les antiquarks sont régis par la même matrice, mais toutes les variables sont remplacées par leur conjugué complexe. Puisque les nombres de la matrice CKM contiennent des unités imaginaires différentes de zéro, les quarks et les antiquarks présentent des interactions différentes.

Les partenaires du projet CHARM@LHCB se sont concentrés sur les mesures de la matrice CKM impliquant des quarks charmés. Dans leur quête de la violation de la symétrie CP, ils ont utilisé une approche novatrice afin de décrire l'espace des phases de désintégration en trois corps des mésons c. Les mesures utilisées avaient été effectuées à l'aide du détecteur Cleo qui a enregistré les particules produites au CESR (Cornell Electron-positron Storage Ring) de l'Université de Cornell.

Pour l'étude des performances du détecteur lors de la phase de désintégration du méson, la nouvelle analyse s'est exclusivement basée sur les données expérimentales et non sur les simulations mathématiques. Les résultats du projet suggèrent l'existence de particules lourdes encore méconnues, à l'origine de nouvelles sources de violation CP dans l'univers primordial. Cette thèse vient appuyer les tentatives visant à combler les lacunes du modèle standard.

Plus particulièrement, le problème est que l'ampleur de la violation CP émanant des quarks est un milliard de fois trop petite pour obtenir l'asymétrie observée entre la matière et l'antimatière. Le LHCb devrait atteindre ses performances maximales plus tôt qu'ATLAS et le CMS. L'expérience offre dès lors une chance de découvrir de nouvelles particules fondamentales pouvant être produites au LHC.

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Mots-clés

LHC, modèle standard, physique des particules, LHCb, quarks b, antiquarks
Numéro d'enregistrement: 175262 / Dernière mise à jour le: 2016-03-04
Domaine: Technologies industrielles