Des scientifiques du Fermilab découvrent une nouvelle force de la nature
Des scientifiques ont détecté des preuves potentielles d’une nouvelle force naturelle en observant le comportement non conventionnel de muons, des particules minuscules, dans un champ magnétique.
Expérience Muon g-2 au Fermilab. Crédits : Reidar Hahn, Fermilab
Des scientifiques travaillant dans un accélérateur de particules près de Chicago sont peut-être sur le point de découvrir une nouvelle force de la nature qui pourrait révolutionner notre compréhension de l’univers.
Ils ont trouvé de nouvelles preuves que les muons, de minuscules particules subatomiques, ne se comportent pas comme le prévoit la théorie physique actuelle. Une équipe internationale de scientifiques travaillant sur l’expérience Muon g-2 au Fermi National Accelerator Laboratory du ministère américain de l’énergie a annoncé jeudi, dans un communiqué de presse, cette nouvelle mesure très attendue.
Ce nouveau résultat renforce leur premier résultat d’avril 2021 et crée un conflit important entre ce que dit la théorie et ce que montre l’expérience après 20 ans de travail. Les résultats ont été publiés dans la revue Physical Review Letters.
Que sont les muons ?
Les muons sont des particules fondamentales semblables aux électrons, mais environ 200 fois plus massives. Comme les électrons, les muons possèdent un minuscule aimant interne qui oscille comme l’axe d’une toupie en présence d’un champ magnétique. La vitesse de précession dans un champ magnétique donné dépend du moment magnétique du muon, généralement représenté par la lettre g. Au niveau le plus superficiel, la théorie prédit que g devrait être égal à 2.
Cependant, dans une expérience appelée g-2, les chercheurs ont utilisé de puissants aimants supraconducteurs pour faire osciller les muons qui se déplaçaient autour d’un anneau de 15 mètres à une vitesse proche de celle de la lumière.
Les résultats ont montré que les muons oscillaient plus rapidement que ne le prévoyait le modèle standard, la meilleure théorie pour décrire le monde subatomique.
L’un des principaux chercheurs du projet, le professeur Graziano Venanzoni de l’université de Liverpool, a déclaré à la BBC qu’une nouvelle force inconnue pourrait être à l’origine de ce phénomène. Il l’a appelée la « cinquième force » et a déclaré qu’il s’agissait d’une découverte mystérieuse et importante qui révélait quelque chose de nouveau sur l’univers.
Les résultats ne sont pas encore concluants, car ils ont une signification statistique de 4,2 sigma, ce qui signifie qu’il y a une chance sur 40 000 qu’ils soient dus à une fluctuation aléatoire.
La norme scientifique en matière de découverte est de 5 sigma, ce qui signifie qu’il y a une chance sur 3,5 millions de se tromper.
Peter Winter, co-porte-parole de la collaboration Muon g-2, a exprimé son admiration pour la remarquable réalisation expérimentale consistant à mesurer le moment magnétique du muon avec un niveau d’incertitude systématique aussi faible, que l’on ne s’attendait pas à atteindre aussi rapidement.
L’équipe espère atteindre ce niveau de certitude en collectant davantage de données et en réduisant l’incertitude de ses mesures.
Expérience concurrente au grand collisionneur de hadrons
Ils doivent également faire face à la concurrence d’une expérience rivale menée au Grand collisionneur de hadrons (LHC) en Europe, qui recherche des signes d’une nouvelle physique au-delà du modèle standard.
Mitesh Patel, de l’Imperial College London, qui participe à l’expérience du LHC, a déclaré que la découverte de preuves contredisant le modèle standard constituerait une avancée significative en physique.
« Le modèle standard a été testé pendant plus de 50 ans et a survécu à tous les défis expérimentaux. Il serait révolutionnaire de trouver quelque chose qu’il ne peut pas expliquer. »
Le modèle standard ne peut expliquer de nombreux phénomènes observés dans l’univers, tels que l’accélération des galaxies due à l’énergie noire ou la rotation des galaxies due à la matière noire. Ces forces et particules mystérieuses ne font pas partie du modèle standard.
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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche
