Fermilab trouve des traces de particules encore inconnues

Les muons sont au cœur de l’expérience menée au Fermilab. Tout comme les électrons, ils possèdent un moment magnétique. Pour le muon, l’intensité de ce moment magnétique est exprimée par le rapport gyromagnétique «g». En première approximation, cette valeur de g pour le muon est de 2.

«Toutefois, une mesure expérimentale précise de g a révélé, il y a soixante-dix ans, que sa valeur exacte s’écarte légèrement - de l’ordre du pour mille - de 2» explique Gilberto Colangelo, directeur du Centre Albert Einstein et professeur de Physique théorique de l’Université de Berne. L’écart de g par rapport à 2, ou «g-2», est ce qu’on appelle le moment dipolaire magnétique anormal. Ce phénomène a été mesuré avec une précision croissante au cours des dernières décennies.

Calcul théorique avec participation de l’Université de Berne
L’an dernier, Gilberto Colangelo et ses collègues ont apporté le calcul théorique le plus précis à ce jour du moment dipolaire magnétique anormal du muons à partir du Modèle standard. Ces résultats ont été publiés dans la revue scientifique «Physics Reports». La comparaison des deux valeurs, la valeur calculée théorique et la valeur mesurée expérimentalement, indique si une physique au-delà du Modèle standard pourrait exister.

La dernière mesure effectuée au Fermilab a une précision similaire à celle de la dernière mesure effectuée il y a vingt ans, également aux États-Unis, au Brookhaven National Laboratory. Le moment magnétique anormal des muons semble plus important que ce que le calcul théorique est capable d'admettre. Les résultats expérimentaux combinés de Fermilab et de Brookhaven montrent une différence de 4,2 écarts types par rapport au calcul théorique. À trois écarts types, les physiciens parlent généralement d’ «indices»; à cinq écarts types, on peut parler de «découverte». Ce nouveau résultat est le premier d’une série de mesures prévues par l’expérience Fermilab. Parallèlement, les chercheurs continueront de travailler à l’amélioration de la précision du calcul théorique.

Si, en améliorant les mesures et les calculs théoriques, l’écart se confirme et peut même être plus important, le signe clair actuel d’une «physique au-delà du modèle standard» pourra, espérons-le, être déclaré «découverte», déclare Gilberto Colangelo.

Des chercheurs du Cern auraient eux-aussi, récemment mis en évidence une nouvelle interaction fondamentale encore inconnue en observant un comportement inattendu lors d’une désintégration de muon.

Albahri T. et al. Measurement of the anomalous precession frequency of the muon in the Fermilab Muon g−2 Experiment. In Phys. Rev. D 103, 072002, 7 April 2021.