LHCb observe une nouvelle saveur de l'asymétrie matière-antimatière
Publié par Adrien le 24/03/2019 à 08:00
Source: CERN
La collaboration LHCb a observé pour la première fois le phénomène de la violation de CP dans les désintégrations d'une particule appelée le méson D0.


La transformation qui a lieu dans une symétrie de CP échange une particule avec l'image miroir de son antiparticule (A chaque type de fermions fondamentaux correspond un type d'antiparticule. Ainsi, à l' électron est associé au positron, et les quark, à leurs antiquark. La première antiparticule observée, un antiélectron (positron) produit par la...). La collaboration LHCb a observé une brisure de cette symétrie dans les désintégrations du méson (Un méson est, en physique des particules, une particule composite (c’est-à-dire non élémentaire) composée d'un nombre pair de quarks et d'antiquarks.) D0 (représenté par la grande sphère (En mathématiques, et plus précisément en géométrie euclidienne, une sphère est une surface constituée de tous les points...) sur la droite) et de son partenaire dans l'antimatière (L'antimatière est l'ensemble des antiparticules des particules composant la matière classique — celle dont est faite la Terre. Le préfixe « anti- » signifie que l'antimatière est...), l'anti-D0 (grande sphère sur la gauche) en d'autres particules (petites sphères). L'importance de la brisure a été déduite de la différence entre le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de désintégrations enregistrées pour la particule et pour son antiparticule (barres verticales, ajoutées à titre d'illustration). (Image: CERN)

La collaboration LHCb, au CERN, a observé pour la première fois l'asymétrie (L'asymétrie est l’absence de symétrie, ou son inverse. Dans la nature, les crabes violonistes en sont des exemples spectaculaires.) entre matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de...) et antimatière connue comme la violation de CP pour une particule appelée le méson D0. Ce résultat, présenté aujourd'hui lors de la conférence annuelle les Rencontres de Moriond et d'un séminaire consacré à ce sujet au CERN, va sans l'ombre (Une ombre est une zone sombre créée par l'interposition d'un objet opaque (ou seulement partiellement opaque) entre une source de lumière et...) d'un doute faire date dans les manuels de physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On...).

"Ce résultat est un jalon dans l'histoire de la physique des particules. Depuis la découverte du méson D, il y a plus de 40 ans, les physiciens des particules pressentaient que la violation de CP avait lieu également dans ce système, mais ce n'est que maintenant, en utilisant la quasi-totalité des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) collectées par l'expérience, que la collaboration LHCb a enfin pu observer cet effet ", explique Eckard Elsen, directeur de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) et de l'informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par des...) au CERN.

Le terme violation de CP fait référence à la transformation qui échange une particule avec l'image miroir de son antiparticule. On sait que les interactions faibles du Modèle standard de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) des particules provoquent une différence entre le comportement de certaines particules et celui de leurs partenaires de CP, et cette asymétrie est appelée violation de CP. Cet effet a été observé pour la première fois dans les années 1960, au Laboratoire de Brookhaven (États-Unis), avec des particules appelées mésons K neutres, qui contiennent un quark (Les quarks sont des fermions que la théorie du modèle standard décrit, en compagnie de la famille des leptons, comme les constituants élémentaires de la...) s ; en 2001, des expériences menées aux laboratoires SLAC (États-Unis) et KEK (Japon) ont également observé ce phénomène avec des mésons neutres B, qui contiennent un quark b. Ces découvertes ont été à l'origine de l'attribution de deux prix Nobel, l'un en 1980 et l'autre en 2008.

La violation de CP est un phénomène essentiel dans notre Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) car il est nécessaire pour donner naissance aux processus qui, après le Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles...), ont été à l'origine de la prépondérance de la matière par rapport à l'antimatière que nous observons dans l'Univers actuel. La valeur de la violation de CP observée jusqu'ici dans les interactions du Modèle standard est toutefois trop faible pour expliquer le déséquilibre actuel entre matière et antimatière, ce qui laisse imaginer l'existence de sources supplémentaires, encore inconnues, de violation de CP.

Le méson D0 est composé d'un quark c et d'un antiquark u. Jusqu'ici, la violation de CP avait été observée uniquement dans des particules contenant un quark s ou un quark b. Ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très...) ont confirmé le modèle de la violation de CP décrit dans le Modèle standard par la matrice de mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi...) dite de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM), qui caractérise la manière dont les quarks de différents types se transforment les uns en les autres lors d'interactions faibles. L'origine profonde du phénomène décrit par la matrice CKM et la recherche de sources et de manifestations supplémentaires de la violation de CP font partie des grandes questions en suspens de la physique des particules. La découverte de la violation de CP dans le cas du méson D0 est le premier signe de cette asymétrie pour le quark c, ce qui ajoute de nouveaux éléments à l'étude de ces questions.

Afin d'observer cette asymétrie de CP, les scientifiques de LHCb ont analysé l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) des données fournies entre 2011 et 2018 par le Grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) de hadrons (LHC) à l'expérience LHCb, afin d'y chercher les désintégrations en kaons ou en pions du méson D0 et de son antiparticule, l'anti-D0. "En utilisant notre échantillon de particules D0, d'un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) sans précédent, pour chercher ces deux produits de désintégration, nous avons atteint la sensibilité nécessaire pour mesurer la petite valeur de la violation de CP attendue pour ces désintégrations. À partir de là, il a suffi, pour mesurer l'importance de la violation, de compter les désintégrations des D0 et des anti-D0 et de calculer la différence entre les deux", explique Giovanni Passaleva, porte-parole de la collaboration LHCb.

Le résultat a une signification statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de l'application d'une méthode...) de 5,3 écarts-types, c'est-à-dire qu'il dépasse le seuil de 5 écarts-types utilisé par les physiciens des particules pour valider une découverte. Cette mesure va stimuler la réalisation de nouveaux travaux théoriques dans le but d'évaluer son impact sur la description de la violation de CP par la matrice CKM contenue dans le Modèle standard, et ouvrir la voie à la recherche de possibles nouvelles sources de violation de CP du côté des particules charmées.

Le séminaire qui a lieu au CERN, à 11 heures (L'heure est une unité de mesure  :) (heure locale), sera retransmis sur le web.
Pour plus d'informations, consultez le site web (Un site Web est un ensemble de pages Web hyperliées entre elles et mises en ligne à une adresse Web. On dit aussi site Internet par métonymie, le World Wide Web reposant sur Internet.) de LHCb et l'article rapportant ces résultats.
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