PSI: pas d’indication de «nouvelle physique»

Deux raisons rendent la désintégration du méson B_s en deux muons particulièrement intéressante pour mettre à l’épreuve le modèle standard: d’une part la probabilité prédite par le modèle standard peut être calculée de manière relativement précise, et d’autre part la désintégration est tellement rare que des écarts mêmes infimes entre résultats de mesure et valeur calculée seraient clairement décelables. En effet, si d’autres particules inconnues dans le modèle standard existent, celles-ci pourraient intervenir comme un niveau intermédiaire supplémentaire dans la transformation du méson B_s en deux muons, ce qui modifierait sa probabilité d’apparition. «Une désintégration par ce nouveau canal serait aussi extrêmement improbable, mais sa probabilité serait comparable avec celle que prédit le modèle standard. On identifierait donc clairement l’écart.», explique Urs Langenegger, physicien et directeur de projet dans le groupe de travail Physique des hautes énergies au PSI. «Alors qu’avec une désintégration beaucoup plus probable, ce faible écart ne pourrait être décelé» poursuivait M. Langenegger. Avec d’autres chercheurs du PSI, le scientifique est responsable depuis 2005 de la recherche de cette désintégration dans les données du détecteur CMS du LHC. Leur évaluation a montré pour la première fois, que la fréquence de ces désintégrations coïncidait bel et bien avec les prédictions du modèle standard. Les résultats ont été confirmés en même temps par des collègues travaillant au LHCb, une autre expérience du LHC.

Filtrer les «bons» cas de désintégration

La désintégration d’un méson B_s en deux muons est très improbable d’après la prédiction: elle ne concernerait qu’un seul cas sur 300 millions. D’autres cas de désintégration concernant des produits très similaires sont beaucoup plus fréquents, il convient donc d’être certain de bien les filtrer. Les scientifiques tentent ici dans un premier temps de dénicher des paires de muons dont les trajectoires partent d’un point commun. Ensuite, il faut que les énergies cinétiques des deux muons correspondent à la masse du méson Bs désintégré. Enfin, il faut qu’à proximité des muons considérés il n’y ait pas d’autres particules issues du même point, sans quoi, il pourrait s’agir de deux muons issus de deux désintégrations différentes qui se seraient produites à proximité l’une de l’autre, explique M. Langenegger. A cela s’ajoute le fait que certaines particules dans le détecteur ressemblent à des muons. Elles aussi doivent pouvoir être identifiées de manière fiable. Les nombreuses particules qui se trouvent à proximité des muons aident à l’identification de la désintégration. Elles permettent ainsi aux chercheurs de déduire si les muons proviennent du cas de désintégration recherché ou non.

Le modèle standard mis à l’épreuve

La confirmation du modèle standard ne signifie pas qu’il n’existe pas de «nouvelle physique». Ce constat exclut seulement une série de modèles qui attribuent une autre probabilité à cette désintégration. D’autres expériences continuent donc d’être menées pour mettre à l’épreuve les prédictions du modèle standard. Le prochain objectif des chercheurs emmenés par Urs Langenegger est ainsi de mettre en évidence les mésons B «conventionnels». Leur désintégration en deux muons convient aussi pour tester le modèle standard. «Mais les données issues des expériences menées jusqu’ici sur le LHC ne suffisent pas pour analyser ces désintégrations», explique M. Langenegger. «Cela devrait changer lorsque le Grand collisionneur de hadrons LHC reprendra du service au Cern en 2015. L’observation des désintégrations B fournira peut être les indices d’une physique au-delà du modèle standard».