L’interaction des muons, la cinquième et nouvelle force de la nature découverte par les scientifiques

L'interaction des muons, la cinquième et nouvelle force de la nature découverte par les scientifiques

La cinquième force de la nature peut expliquer l’accélération de l’expansion de l’univers.

Avez-vous entendu parler des muons? Ce sont des particules subatomiques instables, semblables aux électrons, mais 207 fois plus lourdes. Les scientifiques du Fermilab, un laboratoire d’étude des particules de l’Illinois, aux États-Unis, utilisent ces particules pour analyser les forces fondamentales de la nature.

Qu’il s’agisse de coller un aimant sur une porte de réfrigérateur ou de lancer une balle dans un panier de basket, les forces de la physique travaillent à tout moment de notre vie. Toutes les forces que nous expérimentons chaque jour peuvent être réduites à seulement quatre catégories: la gravité, l’électromagnétisme, la force nucléaire forte et la force nucléaire faible.

Maintenant, les physiciens disent avoir trouvé des signes possibles d’une cinquième force fondamentale dans la nature.

expérience g-2
Accélérateur de particules de Fermilab, aux États-Unis Photo: Reidar Hahn / FERMILAB

Les quatre forces fondamentales régissent la manière dont tous les objets et particules de l’univers interagissent les uns avec les autres. Par exemple, la gravité fait tomber des objets au sol et les objets lourds se comportent comme s’ils étaient collés au sol.

Le Conseil britannique pour les installations scientifiques et technologiques (STFC) a déclaré que le résultat de la nouvelle recherche « fournit des preuves solides de l’existence d’une particule subatomique non découverte ou d’une nouvelle force ».

Mais les résultats de l’expérience Muon g-2 ne sont pas encore concluants.

Actuellement, il y a une probabilité d’un sur 40000 que le résultat soit un coup de chance statistique – ce qui équivaut à un niveau de confiance statistique décrit comme 4,1 sigma, nécessaire pour obtenir 5 sigma, ou une chance à 3,5 millions.

Le professeur Mark Lancaster, qui dirige l’expérience au Royaume-Uni, a déclaré à BBC News: «Nous avons constaté que l’interaction des muons n’est pas conforme au modèle standard (la théorie actuellement acceptée pour expliquer le comportement des principes fondamentaux de l’Univers). « 

Le chercheur de l’Université de Manchester déclare: « De toute évidence, c’est très excitant car cela indique potentiellement un avenir avec de nouvelles lois de la physique, de nouvelles particules et une nouvelle force que nous n’avons pas vu jusqu’à présent. »

Cette découverte est la dernière d’une série de résultats prometteurs d’expériences de physique des particules menées aux États-Unis, au Japon et dans le grand collisionneur de hadrons, à la frontière entre la Suisse et la France.

Le professeur Ben Allanach, de l’Université de Cambridge, qui n’a pas participé à la recherche, a commenté les conclusions: « Mon ‘Spider Sense’ (le super pouvoir d’intuition de Spider-Man) me pique et me dit que cela sera prouvé ».

Expérience avec les muons

Il y a des particules élémentaires dans notre monde qui sont encore plus petites que l’atome. Certaines de ces particules subatomiques sont constituées de constituants encore plus petits, tandis que d’autres ne peuvent pas être décomposées (les particules fondamentales).

Le muon est l’une de ces particules fondamentales; il est similaire à l’électron, mais 207 fois plus lourd.L’expérience Muon g-2 consiste à envoyer des particules autour d’un anneau de 14 mètres puis à appliquer un champ magnétique. Selon les lois actuelles de la physique, établies par le modèle standard, cela devrait faire osciller les muons avec une certaine fréquence.

Au lieu de cela, les scientifiques ont découvert que les muons se balançaient plus rapidement que prévu. Cela peut être causé par une force de la nature complètement nouvelle pour la science.

Fermilab
Dans une zone de 2700 à Batavia, Illinois, Fermilab est le principal laboratoire de physique des particules aux États-Unis Photo: FERMILAB

Personne ne sait encore ce que fait cette nouvelle force potentielle, à part influencer les particules de muons.

Les physiciens théoriciens pensent qu’il peut également être associé à une particule subatomique non encore découverte. Il y a plus d’une hypothèse sur ce que pourrait être cette particule. L’un s’appelle un leptoquark, l’autre est le boson Z ‘(ou boson Z-prime).

Le mois dernier, les physiciens qui ont travaillé sur l’expérience LHCb sur le grand accélérateur de particules ont décrit des résultats suggérant l’existence d’une nouvelle particule et d’une nouvelle force. Mitesh Patel, de l’Imperial College de Londres, qui était impliqué dans ce projet, a déclaré: «La course est maintenant ouverte pour essayer de faire en sorte qu’une de ces expériences prenne vraiment la preuve que nous cherchons quelque chose de vraiment nouveau. Cela nécessitera plus de données et plus de mesures et, espérons-le, nous pourrons démontrer que ces effets sont réels. « 

Allanach a donné à la cinquième force possible plusieurs noms dans ses modèles théoriques. Parmi elles, la «force de la saveur», «l’hyper force de la troisième famille» et – la plus prosaïque d’entre elles – «B moins L2».

Outre les forces de gravité et d’électromagnétisme les plus connues (responsables de l’électricité et du magnétisme), les forces nucléaires fortes et faibles régissent le comportement des particules subatomiques.

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Photo: Margarita Balashova / iStock

Était-ce la fin de certains des mystères de l’Univers?

Une cinquième force fondamentale peut aider à expliquer certains des grands mystères de l’Univers.

Par exemple, l’observation de l’accélération de l’expansion de l’Univers a été attribuée à un phénomène mystérieux connu sous le nom d’énergie noire. Mais certains chercheurs ont déjà suggéré que cela pourrait être la preuve d’une cinquième force.

Maggie Aderin-Pocock, co-animatrice de l’émission télévisée Ciel la nuit BBC, a déclaré à BBC News: «Cette découverte a le potentiel de bouleverser la physique. Nous avons encore une série de mystères qui restent non résolus. Et cela peut nous donner les réponses clés pour résoudre ces mystères ».

Source: BBC News