Muons: le modèle standard de la physique, en question?

Roa Zubia, Guillermo

Elhuyar Zientzia

Les nouveaux résultats de l'expérience Muoi g-2 de Fermilab ont généré un débat entre physiciens en interrogeant le modèle standard de la physique. C'est-à-dire la théorie relativiste quantique pour classifier et comprendre comment fonctionnent les particules subatomiques.
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Vue de l'expérience Muoi g-2 de Fermilab. Ed. Wikimedia

Le problème se pose avec les muons. Selon l'expérience réalisée dans le laboratoire de physique à haute énergie Fermilab, les muons n'ont pas le comportement magnétique qu'ils devraient avoir selon le modèle standard, ce qui peut indiquer que le modèle standard n'est pas aussi précis que prévu. Le doute a surgi de savoir s'il y a une autre particule qui n'a pas encore été détectée, ou une force de base que nous ne connaissons pas.

Nous connaissons aujourd'hui quatre forces fondamentales dans l'univers : la gravité, l'électromagnétisme, la force nucléaire violente (qui maintient toutes les particules du noyau des atomes ensemble) et la faible force nucléaire (liée à la désintégration radioactive). Seulement ces quatre. Si c'était un cinquième, ce serait une véritable révolution dans le monde de la physique. Il faudrait changer le modèle standard et revoir une grande partie de la physique.

Fermilab, la dernière expérience

Les expériences avec des muons ne sont pas nouvelles. À la fin des années 50, le laboratoire CERN réalisa pour la première fois l'expérience Muoi g-2 pour mesurer le moment magnétique dipolaire des muons. Les muons ont alors vu qu'ils avaient un moment magnétique anormal, mais il y a toujours eu un doute de ne pas avoir été mesuré avec peu de précision. Il a donc été répété en 1966 au laboratoire national de Brookhaven, avec 25 fois plus de précision. Et ils l'ont répété en 1969, 1984, etc… avec un degré de précision croissant. Pour l'instant c'était la dernière fois. L'expérience a été lancée en 2017 et les données ont été collectées jusqu'en 2020. Nous avons connu l'interprétation de ces données en 2021. Le moment magnétique anormal a été confirmé à nouveau.

Muons, particules hyperaccélérées

Les muons sont des particules élémentaires, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas formés par d'autres particules plus petites. Protons et neutrons oui, mais électrons et muons non. Les muons et les électrons ont toutes les caractéristiques égales, sauf deux: la masse (qui sont deux cents fois plus lourds que les électrons) et la stabilité (les particules qui se décomposent immédiatement à mesure qu'elles se forment, sont très instables; à peine deux microsecondes restent entiers, se désintègrent et se transforment rapidement). Lorsque les rayons cosmiques provenant de l'espace entrent en collision avec l'atmosphère supérieure, des particules tombent dans le sol, dont des muons. Ils se défont en deux microsecondes, mais en raison de la grande quantité d'énergie qu'ils ont à l'origine, en raison de la relativité, pour ces muons hyperaccélérés le passage du temps est plus lent et se dirigent du haut de l'atmosphère jusqu'à la surface terrestre avant leur désintégration.

Malgré l'incertitude, pour l'instant, le résultat de l'expérience de Fermilab a remis en question les fondements de la physique. Depuis que le boson Higgs a été découvert, il n'y a pas eu une telle émotion chez les physiciens. Faut-il identifier une force de base inconnue ?

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