Le détecteur de collision du Fermilab (CDF), dont les données ont permis aux physiciens d’effectuer la mesure la plus précise de la masse du boson W — © Fermilab

Après une décennie d’analyses, une collaboration de physiciens a réalisé la mesure la plus précise de la masse d’une particule clef. Différant radicalement des prédictions basées sur le modèle standard, celle-ci pourrait bouleverser la physique telle que nous la connaissons.

Une mesure d’une précision inédite

Bien qu’il se révèle incomplet, depuis son élaboration dans les années 1970, le modèle standard a permis d’expliquer de manière très efficace les interactions entre les particules et la plupart des forces fondamentales, résistant systématiquement aux expériences testant ses prédictions. Pour ce faire, les scientifiques comparent la masse prévue des particules aux mesures réelles effectuées dans les collisionneurs de particules, et il se trouve que ce processus a récemment conduit à la mise en évidence d’une divergence majeure.

Particules élémentaires, les bosons W véhiculent la force électrofaible et servent de médiateurs dans les processus nucléaires, tels que ceux intervenant dans les entrailles du Soleil. Selon le modèle standard, leur masse est liée à celle du boson de Higgs et d’une particule subatomique appelée quark top.

Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Science, près de 400 scientifiques de la collaboration Collider Detector at Fermilab (CDF) ont passé une décennie à examiner 4,2 millions de bosons W candidats collectés à partir de 26 années de données au collisionneur Tevatron, leur ayant permis de calculer la masse d’un boson W à 0,01 % près, ce qui constitue un record.

Celle-ci a été fixée à 80 433,5 méga-électronvolts (MeV), avec une incertitude de 9,4 MeV seulement, soit une valeur se situant dans la fourchette de certaines mesures antérieures, mais étant bien en dehors de celle prévue par le modèle standard, la situant à 80 357 MeV, à 6 MeV près (signifiant que la masse du boson W était supérieure de 7 écarts-types aux prédictions).

Des implications potentielles majeures

Bien que plusieurs chercheurs suspectent une erreur ou une procédé d’évaluation des erreurs trop agressif, les auteurs de l’étude affirment que les approches utilisées pour parvenir à ce résultat, impliquant un nombre d’améliorations de vérifications sans précédent, ont été minutieusement élaborées et testées pendant des années.

Selon eux, le chiffre obtenu pourrait faire allusion à des particules inconnues ou à une nouvelle physique au-delà du modèle standard, qui interfèrent avec les interactions attendues.

« C’est maintenant à la communauté de la physique théorique et à d’autres expériences de faire la lumière sur ce mystère », estime David Toback, de la CDF. « Si la différence entre la valeur expérimentale et la valeur attendue est due à une sorte de nouvelle particule ou d’interaction subatomique, ce qui est l’une des possibilités, il y a de bonnes chances que ce soit quelque chose qui puisse être découvert dans de futures expériences. »

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