LHCb observe des indices d'une possible nouvelle physique
L’expérience LHCb observe des anomalies intrigantes dans la façon dont certaines particules se désintègrent. Cela pourrait être un signe de nouveaux processus qui ne sont pas prédits par le Modèle Standard de la physique des particules. Le signal observé est encore à la limite de la précision statistique mais renforce des indications similaires étudiées par ailleurs.
La collaboration LHCb vient d'annoncer un nouveau résultat sur la mesure de RK*0 qui est le rapport entre la probabilité que le méson B0 se désintègre en un méson K*0 et deux muons de charges opposées et la probabilité qu'il se désintègre en un méson K*0, un électron et un positron.
Dans le cadre du Modèle Standard, les leptons chargés se couplent tous avec la même intensité aux bosons vecteurs des interactions électromagnétique et faible. Cette universalité des couplages leptoniques a pour conséquence que le rapport RK*0 doit être quasiment égal à l'unité. Si des particules autres que celles du Modèle standard existent, leur présence peut modifier une des deux probabilités de désintégration et donc la valeur du rapport RK*0.
Des mesures antérieures et moins précises ont déjà été faites par les collaborations Belle et BaBar 1 2 et étaient en accord avec les prédictions du Modèle standard. La collaboration LHCb a analysé les données du Run 1, collectées entre 2011 et 2012, pour obtenir la mesure la plus précise de RK*0 dans deux régions différentes de q², la masse invariante au carré du système di-leptonique. Comme le montre la figure 1, les valeurs mesurées sont inférieures aux prédictions du Modèle standard à 2,2 et 2,5 écarts standards. La précision statistique ne permet pas de conclure de façon certaine qu'un mécanisme brisant l'universalité des couplages leptoniques soit en action, mais il est intéressant de noter que ces résultats vont dans le même sens que ceux obtenus dans un rapport similaire, RK, publié par la collaboration LHCb en 2014 3 . D'autres mesures mettant en jeu des désintégrations similaires de hadrons B montrent également des tensions avec le Modèle standard.
Marie-Hélène Schune du Laboratoire de l'accélarateur linéaire (LAL, CNRS/UNiversité Paris-Sud) : "Ces mesures sont une étape importante pour la collaboration LHCb. Nous avons atteint une excellente compréhension des biais potentiels grâce à des études détaillées d'échantillons de contrôle. Nous sommes à la fois prudents et confiants et nous allons maintenant nous atteler à l'analyse des données du Run 2 qui vont permettre de multiplier par quatre la statistique. Une période enthousiasmante est devant nous !"
Francesco Polci du Laboratoire de physique nucléaire et des hautes énergies (LPNHE, CNRS/Université Pierre et Marie Curie/Université Paris Diderot) : "La collaboration LHCb a un programme de test de l’universalité des couplages leptoniques, très riche. Grâce à la grande variété de hadrons contenant un quark beau (B0, B+, Bs, Λb) produits au Large Hadron Collider et aux excellentes performances de notre détecteur, nous avons l’opportunité de mesurer d’autres rapports similaires à RK*0 pour avoir une analyse complète du phénomène. Nous pouvons compter aussi sur la collaboration de la communauté des théoriciens, qui prédit ces rapports avec une grande précision et qui nous aide à interpréter ces résultats dans le cadre global des mesures actuelles en physique de la saveur."
Des données et des observables supplémentaires, dans des désintégrations similaires, sont nécessaire pour clarifier si ces tensions sont des fluctuations statistiques ou les premiers signes de nouvelles particules qui étendent et complète le Modèle standard de la physique des particules. Si ces nouvelles mesures signalent de la physique au-delà du Modèle standard, le lot de données collecté pendant le Run 2 sera suffisant pour confirmer ces effets.
Pour en savoir plus
- L'article du CERN (en français)
- L'article de la collaboration LHCb (en anglais)