Sur les traces de la force faible

Au cours des années 1970, l'une des avancées majeures pour la compréhension du monde subatomique fut la preuve que l'interaction faible et l'interaction électromagnétique – une autre des quatre forces fondamentales – étaient en fait deux aspects d'une seule interaction. Cette dernière est appelée interaction électrofaible et son intensité est déterminée par trois paramètres, l'un d'entre eux étant la constante de Fermi. Les chercheurs du PSI ont maintenant réussi à déterminer cette constante avec une précision sans précédent.

Durée de vie du muon – la clé de l'intensité de la force faible

La nouvelle valeur de la constante de Fermi a pu être établie grâce à la détermination extrêmement précise de la durée de vie du muon. Le muon est une particule élémentaire instable qui se désintègre après une durée de vie d'environ 2 microsecondes. Cette désintégration est uniquement régie par la force faible, et il existe une relation assez simple entre la durée de vie du muon et l'intensité de la force faible.

Mesure répétée 100 milliards de fois

C'est sous la direction de scientifiques venus des universités de l'Illinois, de Boston et du Kentucky que l'équipe a procédé à l'expérience MuLan (Muon Lifetime Analysis) en utilisant des muons produits par l'accélérateur du PSI à Villingen. Bernhard Lauss du PSI explique le principe de l'expérience: «La pièce maîtresse de l'expérience étaient des cibles spéciales sur lesquelles des groupes de muons positifs ont été arrêtés successivement.» Chacun de ces muons se désintègre en émettant des positrons, lesquels ont été détectés à leur tour par une sphère composée de 170 détecteurs entourant la cible. Robert Carey de l'université de Boston ajoute l'information suivante: «Nous avons répété le processus pour 100 milliards de remplissages muons, observé des milliers de milliards de désintégrations et recueilli 100 téraoctets de données.» À partir de ces données, les chercheurs ont établi la durée de vie moyenne des muons pour obtenir une valeur de 2,1969803 microsecondes. L'incertitude de ce résultat est de 2 millionièmes d'un millionième de seconde. Le PSI précise que les résultats seront prochainement publiés dans la revue scientifique Physical Review Letters.