Le muon, la particule qui agite les physiciens, refait parler de lui

Des physiciens sont passés à deux doigts de la découverte de la décennie : ils ont observé un phénomène non prévu par la théorie la plus aboutie de leur discipline. De quoi la réviser et imaginer que la nature avait jusqu’à présent caché au regard affûté des scientifiques de nouvelles particules et de nouvelles forces.

Le phénomène en question est le comportement du muon, une particule deux cents fois plus lourde que l’électron et porteuse, comme lui, d’une charge électrique négative, qui ne tourne pas aussi rond que la théorie le prévoit. Plus exactement, la réaction de cette particule à l’application d’un champ magnétique s’avère plus élevée que dans les calculs. Pas grand-chose, environ 0,0002 % de plus, ce qui est suffisant pour penser à la manifestation d’une nouvelle physique, encore inconnue. Et donc excitante.

Une théorie elle-même incertaine

Le résultat a été annoncé le 10 août par la collaboration internationale Muon g − 2 (« g − 2 » faisant référence au moment magnétique de cette particule, qui régit la manière dont il interagit avec un aimant). Il est deux fois plus précis que celui annoncé en avril 2021, grâce à presque quatre fois plus de données, obtenues au laboratoire Fermilab de Chicago par un groupe de 180 chercheurs de sept pays.

Autre progrès obtenu en deux ans : la confiance statistique dans le résultat est également plus forte. A l’époque, les chercheurs estimaient que l’écart entre théorie et expérience pouvait très bien être dû au hasard, avec une chance sur 40 000. Comme six dés qui tomberaient sur 6 du premier coup. Cette fois, avec plus de « lancers de dés », la chance se réduirait à une sur un million et demi (comme obtenir huit 6 avec huit dés d’un coup…). Dans cette discipline, ce critère est suffisant pour clamer une découverte et affirmer que l’expérience ne colle pas à la théorie.

Sauf que… la théorie elle-même n’est pas certaine ! Certes, la théorie qui décrit les trois forces agissant sur les particules élémentaires, le modèle standard, est robuste et n’a jamais été mise en défaut. Mais cela se complique lorsqu’on veut calculer ce qui se passe dans le détail. Et les détails, concernant le moment magnétique, ne manquent pas car, pour prédire sa valeur, il faut tenir compte des interactions fugaces et nombreuses du muon avec un ensemble d’autres particules. Deux méthodes, pour l’instant incompatibles, ont été proposées pour y parvenir. La première est basée sur des données obtenues par d’autres expériences, portant sur d’autres particules. Comme si, pour prédire la masse d’une planète, on se servait de l’orbite d’autres astres. La seconde repose sur des simulations numériques astucieuses mais très longues.

Il vous reste 54.33% de cet article à lire. La suite est réservée aux abonnés.