Une équipe internationale de scientifiques a fourni de nouveaux résultats dans une expérience qui pourrait avoir un impact profond sur la compréhension de l’univers par l’humanité en révélant potentiellement l’existence d’une cinquième force de la nature, une nouvelle particule subatomique ou une faille dans le modèle standard de particules. la physique.
On pense que chaque morceau de matière dans l’univers est composé de quelques particules subatomiques différentes, qui sont divisées en deux familles appelées quarks et leptons. Le mouvement et les caractéristiques des particules constituées à partir de ces blocs de construction, qui comprennent tout, des cellules de votre corps à la lune et au-delà, sont à leur tour considérés comme régis par quatre forces fondamentales.
Le modèle standard de la physique des particules rend compte du comportement de trois de ces forces – l’électromagnétisme, la force nucléaire faible et la force nucléaire forte. La gravité, quant à elle, qui est en quelque sorte la plus faible des forces et qui pourtant nous est de loin la plus familière, existe en dehors du modèle standard, car personne n’a encore trouvé le moyen de concilier son comportement avec ceux des forces décrites dans le modèle.
En 2021, des scientifiques du laboratoire national Fermi du département américain de l’énergie ont annoncé qu’ils avaient trouvé des preuves que les particules se comportaient d’une manière qui défiait les prédictions faites dans le modèle standard. Cela a à son tour fait allusion à l’existence d’une cinquième force, ou d’une particule subatomique inconnue de la science.
La découverte s’est concentrée sur des particules subatomiques incroyablement instables appelées muons, qui ont une masse équivalente à 200 fois celle d’un électron, mais ne durent que 2,2 millionièmes de seconde.
Chacune de ces particules abrite un aimant interne, qui le fait osciller en présence d’un champ magnétique puissant. La vitesse de l’oscillation est décrite par une caractéristique appelée « moment magnétique », qui est décrite à l’aide de la lettre « g. » Les forces détaillées dans le modèle standard dictent qu’un muon doit osciller jusqu’à une valeur de g2, d’où le nom de l’expérience de Fermi : Muon g-2.
Afin de suivre les caractéristiques d’un muon, et ainsi de tester les théories qui composent le modèle standard, l’équipe de Fermi a fait passer plus de 5 000 ampères à travers un aimant supraconducteur massif, qui mesurait un diamètre stupéfiant de 50 pieds. Ce processus a créé un champ magnétique uniforme d’une intensité de 1,45 Tesla – l’équivalent de 30 000 fois la puissance du champ magnétique terrestre – dans lequel un flux de particules subatomiques a été tiré.
Comme l’a rapporté la BBC, après avoir observé les résultats de la première année de l’expérience en 2021, l’équipe a découvert que les muons vacillaient plus rapidement que ne l’avait prédit le modèle standard. Cela pourrait indiquer la présence d’une nouvelle force agissant sur le muon, ou une particule subatomique encore inconnue altérant la nature de la mousse quantique qui entoure le muon.
Maintenant, les scientifiques de Fermi ont publié leurs découvertes pour la deuxième et la troisième année de l’expérience, qui renforcent les premiers résultats. La dernière ronde a pris en compte l’équivalent de quatre fois les données qui ont été analysées dans la première version. Les scientifiques ont combiné cet ensemble de données plus important avec des améliorations apportées à l’expérience, telles que son faisceau de muons, pour réduire considérablement ses incertitudes systématiques, la rendant plus de deux fois plus précise que l’expérience de 2021.
L’équipe espère avoir fini d’analyser les données des trois dernières années de l’expérience d’ici 2025. À ce stade, les physiciens théoriciens auront également mis à jour leurs prédictions quant à la valeur g-2 du muon selon le modèle standard, établissant ce que ils décrivent comme « une confrontation entre l’expérience et la théorie qui dure depuis 20 ans ».
Crédit miniature : KTSDesign/SCIENCEPHOTOLIBRARY/Getty Images
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