L'expérience LHCb trouve des preuves de la désintégration rare d'une particule après 40 ans de recherche

Preuve d'une désintégration rare

Les chercheurs travaillant avec l'expérience LHCb au CERN ont détecté des preuves d'une désintégration de particule attendue pour ne se produire qu'une fois sur environ 10 milliards de désintégrations de particules beauty. Cette découverte a été annoncée lors d'un séminaire au CERN et marque la première fois qu'une seule expérience produit des preuves suffisantes pour cet événement extraordinairement rare.

La désintégration implique une particule appelée Bd, qui contient un quark beauty et un antiquark down. Les scientifiques ont trouvé des preuves que cette particule peut se désintégrer en une paire de muons (μ+μ-). Les muons sont similaires aux électrons mais ont une masse plus élevée. Les résultats concordent avec les prédictions du Modèle Standard, la théorie principale décrivant les particules fondamentales et leurs interactions.

Signification statistique et améliorations du détecteur

En physique des particules, les scientifiques utilisent une mesure statistique appelée écarts-types pour évaluer la probabilité qu'un signal apparent résulte de fluctuations aléatoires plutôt que d'un processus physique réel. Un résultat doit atteindre trois écarts-types pour se qualifier comme preuve d'un nouveau phénomène. À ce niveau, la probabilité que des fluctuations aléatoires produisent un signal au moins aussi statistiquement extrême est d'environ 0,3 %.

En utilisant des données collectées en 2024 et 2025, les chercheurs de LHCb ont identifié des preuves de Bd → μ+μ- avec une signification de 3,0 écarts-types. Lorsqu'ils ont combiné ces mesures avec des données antérieures recueillies entre 2011 et 2018, la signification statistique a augmenté à 3,2 écarts-types, dépassant le seuil largement accepté pour les preuves.

Une amélioration significative de l'expérience LHCb a aidé les chercheurs à surmonter la difficulté de détecter un événement aussi rare. Après une mise à niveau majeure, l'expérience a commencé à collecter des données en 2024 à un taux cinq fois supérieur à celui atteint entre 2010 et 2018. Le détecteur amélioré est également devenu meilleur pour identifier différents types de particules. L'équipe a combiné ces améliorations avec des techniques d'apprentissage automatique pour distinguer les signaux exceptionnellement rares du vaste nombre d'autres processus de particules.

« Les physiciens poursuivent cette désintégration depuis plus de quarante ans », a déclaré Marco Santimaria, qui a co-dirigé l'équipe internationale d'analyse de 19 scientifiques. « Une précision extrême est nécessaire pour isoler les muons du bruit de fond écrasant. »

Pourquoi cela importe

La désintégration connue sous le nom de Bd → μ+μ- appartient à une catégorie spéciale que les physiciens considèrent depuis longtemps comme des « canaux dorés » pour étudier la physique au-delà du Modèle Standard. En mesurant des désintégrations extrêmement rares avec une grande précision, les chercheurs peuvent rechercher des différences entre les résultats expérimentaux et les prédictions théoriques. De telles discrepancies pourraient fournir des preuves indirectes de particules jusqu'alors inconnues.

Bien que les nouvelles découvertes représentent une réalisation majeure, les physiciens n'ont pas encore atteint le seuil requis pour déclarer une observation confirmée. Cette étape nécessite une signification de cinq écarts-types. Si les mesures futures atteignent ce niveau de certitude, Bd → μ+μ- deviendrait la désintégration de particule beauty la plus rare jamais observée.

Le LHC à haute luminosité, également connu sous le nom de HiLumi LHC, devrait commencer à fonctionner en 2030. Une autre mise à niveau majeure de l'expérience LHCb est prévue pour le milieu de la décennie suivante. Ensemble, ces développements pourraient finalement augmenter le taux de collecte de données de l'expérience d'un facteur dix supplémentaire.

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Sources (en anglais)

• sciencedaily.com: After 40 years, CERN finds evidence of a one-in-10-billion particle decay | ScienceDaily
• yahoo.com: After 40 years, CERN finds evidence of an extraordinarily rare particle decay
• tech.news.am: CERN obtains first compelling evidence of a particle decay that occurs once in 10 billion cases | NEWS.am TECH - Innovations and science

Traduction réalisée par IA de l’article original en anglais, vérifiée automatiquement pour dire la même chose que l’original. Les sources ont été vérifiées en anglais.