Les scientifiques sont peut-être sur le point de découvrir une nouvelle force de la nature

Au cœur de l’Univers, les scientifiques explorent les mystères fondamentaux de la nature. Récemment, une énigme passionnante a captivé leur attention : la possible existence d’une cinquième force de la nature. Des physiciens ont été intrigués par les oscillations surprenantes d’une particule subatomique, le muon, ouvrant la voie à une avancée scientifique majeure.

Le muon, une particule rebelle

Le muon est une particule élémentaire qui ressemble à un électron, mais qui est environ 200 fois plus lourde. Il fait partie de la famille des leptons. Depuis des décennies, la communauté scientifique s’appuie sur quatre forces fondamentales pour expliquer les interactions au sein de l’Univers : l’électromagnétisme, les forces nucléaires fortes et faibles, ainsi que la gravité.

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Selon le Dr Mitesh Patel de l’Imperial College de Londres, le muon a la propriété de se comporter comme une toupie lorsqu’il est placé dans un champ magnétique. Il tourne autour d’un axe avec une certaine fréquence, appelée facteur g. Cette fréquence dépend de la masse du muon, de sa charge électrique et du champ magnétique auquel il est soumis.

Le facteur g du muon peut être calculé avec une grande précision grâce au modèle standard, la théorie qui décrit le comportement des particules élémentaires et les forces qui les régissent. Le modèle standard a été vérifié expérimentalement à de nombreuses reprises et a été utilisé pour prédire l’existence des particules.

Une anomalie qui suggère une nouvelle force

Toutefois, le modèle standard n’est pas parfait. Il ne peut pas expliquer certains phénomènes, comme la matière noire, qui représenterait environ 27 % de l’Univers, ou l’énergie sombre, qui en représenterait environ 68 %. Il existe donc peut-être des particules ou des forces encore inconnues, qui échappent au modèle standard.

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C’est ce que suggèrent les résultats d’une expérience menée au Fermilab, un laboratoire situé près de Chicago, aux États-Unis. Les chercheurs ont utilisé un accélérateur de particules pour produire des muons et les faire circuler dans un anneau magnétique. Ils ont ensuite mesuré leur facteur g avec une précision inégalée. 

Or, ils ont constaté que le facteur g mesuré était légèrement différent du facteur g théorique prédit par le modèle standard. Il indique qu’il y a peut-être quelque chose qui perturbe le mouvement du muon, comme une nouvelle particule ou une nouvelle force. 

Travaillant sur l’expérience Atlas au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, le professeur Jon Butterworth, de l’University College London, a déclaré : « Les oscillations sont dues à l’interaction du muon avec un champ magnétique. Dans le modèle standard, elles peuvent être calculées très précisément, mais ce calcul implique des boucles quantiques dans lesquelles se trouvent des particules connues. » 

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« Si les observations ne concordent pas avec les prédictions, cela peut indiquer la présence d’une particule non identifiée dans les boucles, comme le vecteur d’une cinquième force », a-t-il ajouté.

Une confirmation attendue

Ces résultats sont conformes aux recherches antérieures du Fermilab qui ont donné des résultats comparables. Selon M. Patel, il y a toutefois un hic : la prédiction théorique de la fréquence est désormais moins précise en raison de l’écart entre les résultats préliminaires et les nouvelles données.

Mais ils ne sont pas les seuls à traquer cette potentielle cinquième force. Une équipe concurrente du Grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN, en Europe, tente également de trouver des failles dans le modèle standard. Elle utilise un autre accélérateur de particules pour créer des collisions entre des protons et observer les particules qui en résultent.

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Les résultats présentés par les physiciens du Fermilab sont très prometteurs, mais ils ne sont pas encore suffisants pour affirmer qu’il s’agit bien d’une cinquième force de la nature ou d’une nouvelle particule. Il faudra encore attendre deux ans pour avoir les données nécessaires pour lever le doute.

Selon M. Butterworth, l’une des premières différences les plus frappantes entre une mesure et le modèle standard était la fréquence inattendue des oscillations des muons. « Si les prédictions de la théorie se réalisent, il pourrait s’agir de la première preuve concluante de l’existence d’une cinquième force ou d’un autre phénomène inhabituel qui s’écarte du modèle standard », a-t-il affirmé.