Une nouvelle étude permet aux physiciens d'observer l'un des phénomènes les plus rares de la physique des particules !

La physique des particules repose sur le modèle standard des particules, qui englobe toutes les particules et interactions connues. Il est considéré comme la théorie la plus aboutie de la physique, car toutes ses prédictions ont été confirmées à un moment ou à un autre. La prédiction la plus célèbre a été confirmée en 2013 lorsque les physiciens du CERN ont observé la particule connue sous le nom de boson de Higgs, ce qui a fait la une des journaux du monde entier.

Malgré son succès, la confirmation ou l'infirmation des modèles en physique des particules est un défi, car il faut des accélérateurs de particules de plus en plus performants pour faire des observations. En effet, il n'existe aucun moyen d'effectuer des observations directes, si ce n'est par le biais de collisions entre des particules qui génèrent d'autres particules. Le résultat d'une collision peut fournir des informations sur les masses et l'énergie impliquées dans les particules précédentes, tout en générant de nouvelles particules.

Récemment, la physique des particules a de nouveau été mise à l'épreuve lors d'une expérience au CERN. Cette fois, il s'agissait de l'observation d'une désintégration extrêmement rare d'une particule appelée kaon. Ce qui est frappant dans cette désintégration, c'est que la fréquence à laquelle elle se produit peut être calculée avec précision. De ce fait, cette désintégration rare peut confirmer ou corriger une prédiction du modèle standard des particules.

Modèle standard des particules

Le modèle qui décrit les particules et les interactions fondamentales de la nature s'appelle le modèle standard des particules. Il a été établi au cours du 20e siècle, lorsque les physiciens du monde entier recherchaient les particules fondamentales par le biais d'expériences. Plusieurs particules ont été découvertes, ainsi que des particules associées aux interactions électromagnétiques, nucléaires faibles et nucléaires fortes.

Aujourd'hui, ce modèle est considéré comme la théorie la plus aboutie de la physique, car toutes ses prédictions se sont avérées correctes. L'une de ces prédictions a été la découverte du boson de Higgs en 2012 par des chercheurs du CERN et annoncée en 2013. Le mécanisme de Higgs étant directement lié à la masse des particules, cette découverte a été considérée comme l'une des plus importantes de la physique et a confirmé le succès du modèle.a

CERN

Les expériences qui ont conduit à la découverte du boson de Higgs ont eu lieu à l'accélérateur de particules du CERN. Le CERN est un centre de recherche sur la physique des particules fondé en 1954 entre la France et la Suisse. Le CERN est connu pour le LHC (Large Hadron Collider), inauguré en 2008, qui reste à ce jour le plus grand accélérateur de particules au monde.

Le LHC est non seulement le plus grand accélérateur de particules, mais il est également capable d'amener les particules à des vitesses proches de la lumière à des énergies extrêmement élevées. L'objectif principal était de créer un environnement qui ressemble aux conditions des premiers instants de l'Univers afin de comprendre le comportement des particules et des interactions.

Kaón

Les kaons sont des particules composées d'un quark et d'un antiquark, souvent appelées particules étranges. Elles ont été découvertes au milieu du XXe siècle lors d'études sur les rayons cosmiques. Il existe quatre types de kaons, et tous jouent des rôles importants en physique, notamment dans l'étude de la symétrie charge-parité. En effet, dans les années 1960, certains expériences avec des kaons ont montré des résultats différents en ce qui concerne la conservation de cette symétrie.

Une autre raison pour laquelle les kaons sont largement étudiés par les physiciens spécialisés dans les particules est la désintégration. En effet, les kaons ont certains types de désintégration qui permettent d'étudier les prédictions du modèle standard des particules. En général, les kaons se désintègrent en neutrinos et en une particule appelée muon.

Décroissance ultrarésistante

Selon le modèle standard des particules, le kaon peut se désintégrer d'une autre manière environ 13 fois sur 100 milliards. Ce type de désintégration est extrêmement rare et est souvent appelé désintégration dorée ou canal d'or. Comme la fréquence est extrêmement faible et que le modèle est très précis, il est possible de vérifier si le modèle est correct une fois de plus.

Le CERN a annoncé que, dans le cadre d'une expérience appelée NA62, il a été possible d'observer un kaon se désintégrant par le canal doré. Grâce à cette observation, il sera possible d'estimer si le taux trouvé dans les prédictions théoriques correspond à celui observé. Il s'agit d'une nouvelle étape dans la physique des particules et dans la vérification du modèle standard, qui pourrait constituer un nouveau test de la réussite du modèle.

Référence de l'article :

Swallow 2024 New measurement of the K+ -> pi+nunu decay by the NA62 Experiment CERN