Des experts se rapprochent de l’identification potentielle d’une nouvelle force après l’oscillation surprise d’une particule subatomique
La théorie alléchante selon laquelle une cinquième force de la nature pourrait exister a été renforcée grâce à l’oscillation inattendue d’une particule subatomique, ont révélé des physiciens.
Selon les connaissances actuelles, il existe quatre forces fondamentales dans la nature, dont trois – la force électromagnétique et les forces nucléaires fortes et faibles – sont expliquées par le modèle standard de la physique des particules.
Cependant, le modèle n’explique pas l’autre force fondamentale connue, la gravité ou la matière noire – une substance étrange et mystérieuse dont on pense qu’elle représente environ 27% de l’univers.
Maintenant, les chercheurs ont dit qu’il pourrait y avoir une autre cinquième force fondamentale de la nature.
Le Dr Mitesh Patel, de l’Imperial College de Londres, a déclaré : « Nous parlons d’une cinquième force car nous ne pouvons pas nécessairement expliquer le comportement [dans ces expériences] avec les quatre que nous connaissons. »
Les données proviennent d’expériences de l’accélérateur de particules américain Fermilab, qui ont exploré comment des particules subatomiques appelées muons – similaires aux électrons mais environ 200 fois plus lourdes – se déplacent dans un champ magnétique.
Mitesh Patel assure que les muons se comportent un peu comme la toupie d’un enfant, en tournant autour de l’axe du champ magnétique. Cependant, lorsque les muons se déplacent, ils vacillent. La fréquence de cette oscillation peut être prédite par le modèle standard.
Mais les résultats expérimentaux du FermiLab ne semblent pas correspondre à ces prédictions.
Le professeur Jon Butterworth de l’University College de Londres, qui travaille sur l’expérience Atlas au Grand collisionneur de hadrons (LHC Large Hadron Collider) du Cern, a déclaré : « Les oscillations sont dues à la façon dont le muon interagit avec un champ magnétique. Ils peuvent être calculés très précisément dans le modèle standard, mais ce calcul implique des boucles quantiques, des particules connues apparaissant dans ces boucles.«
« Si les mesures ne correspondent pas à la prédiction, cela pourrait être un signe qu’il y a une particule inconnue apparaissant dans les boucles – qui pourrait, par exemple, être porteuse d’une cinquième force. »
Les résultats font suite à des travaux antérieurs du FermiLab qui ont montré des résultats similaires.
Mais Mitesh Patel a dit qu’il y avait une « hic», notant qu’entre les premiers résultats et les nouvelles données, l’incertitude s’est accrue autour de la prédiction théorique de la fréquence.
Cela, a-t-il dit, pourrait changer la situation. « Peut-être que ce qu’ils voient est la pensée scientifique standard – le soi-disant modèle standard », souligne Mitesh Patel.
Il y a d’autres problèmes. Jon Butterworth a déclaré : « Si l’écart est confirmé, nous serons sûrs qu’il y a quelque chose de nouveau et d’excitant, mais nous ne saurons pas exactement de quoi il s’agit.
« Idéalement, la divergence informerait de nouvelles idées théoriques qui conduiraient à de nouvelles prédictions – par exemple, sur la façon dont nous pourrions trouver la particule qui porte la nouvelle force, si c’est ce qu’elle est. La confirmation finale serait alors de construire une expérience pour découvrir directement cette particule.
Les expériences du Laboratoire Fermi ne sont pas les seules à suggérer la possibilité d’une cinquième force : les travaux au LHC ont également produit des résultats alléchants, bien qu’avec un type d’expérience différent examinant la vitesse à laquelle les muons et les électrons sont produits lorsque certaines particules se désintègrent.
Mais Mitesh Patel, qui a travaillé sur les expériences LHC, précise que ces résultats étaient désormais moins cohérents.
« Ce sont des expériences différentes, mesurant des choses différentes, et il peut y avoir ou non un lien », a-t-il déclaré.
Jon Butterworth a ajouté que la fréquence inattendue des oscillations des muons était l’une des divergences les plus anciennes et les plus importantes entre une mesure et le modèle standard.
« La mesure est une grande réussite, et il est très peu probable qu’elle soit erronée maintenant », a-t-il déclaré. « Donc, si les prédictions de la théorie sont triées, cela pourrait en effet être la première preuve confirmée d’une cinquième force – ou quelque chose d’autre d’étrange et au-delà du modèle standard. »
https://www.theguardian.com/science/2023/aug/11/scientists-fifth-force-nature
