Genève, le 13 mai 2015. Dans un article publié aujourd’hui dans Nature, les collaborations CMS et LHCb décrivent la première observation d’une désintégration très rare de la particule B⁰_s en deux muons. D’après les prédictions du Modèle standard, la théorie qui décrit de la façon la plus satisfaisante le monde des particules, ce processus subatomique rare se produit quatre fois sur un milliard de désintégrations, mais jusqu’ici il n’avait jamais été observé. Ces désintégrations sont étudiées parce qu’elles pourraient ouvrir des perspectives sur des théories au-delà du Modèle standard, telles que la supersymétrie. L’analyse s’appuie sur des données prises auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHC) en 2011 et 2012. Ces données contiennent également de premiers indices d'une désintégration similaire, mais encore plus rare, celle du B⁰, une particule cousine du B⁰_s, en deux muons.

Les particules B⁰_s et B⁰ sont des mésons, autrement dit, des particules subatomiques non élémentaires, instables, constituées d’un quark et d’un antiquark¹, liés ensemble par l’interaction forte. Ce type de particule n'est produit que dans des collisions à haute énergie : soit dans des accélérateurs de particules, soit dans la nature, par exemple dans les rayons cosmiques.

« Ce résultat est un excellent exemple de la coopération entre différentes expériences ; cela montre la précision que l’on peut atteindre quand les expériences combinent leurs mesures », a déclaré le Directeur général du CERN² Rolf Heuer.

Les deux collaborations ont d’abord publié leurs résultats propres concernant la désintégration du méson B⁰_s en juillet 2013. Même si ces résultats concordaient parfaitement, ils se trouvaient juste en dessous de la limite statistique de 5 sigmas traditionnellement requise pour qu’on puisse parler d’observation. L’analyse combinée dépasse largement cette limite, puisqu’elle atteint 6,2 sigmas. C’est la première fois que CMS et LHCb ont analysé leurs données conjointement.

« Ce résultat témoigne de l’excellente performance du LHC et de la sensibilité de nos détecteurs, grâce auxquels nous avons été en mesure d'observer cette désintégration extrêmement rare, mais importante », a déclaré le porte-parole de LHCb, Guy Wilkinson.

Ce résultat remarquable constitue une étape essentielle dans les recherches menées par de nombreuses expériences depuis plus de trente ans. Il aura des conséquences importantes pour la recherche de nouvelles particules et de phénomènes au-delà du Modèle standard, à l’heure où l’on s’apprête à reprendre l'exploitation du LHC pour la physique dans les prochaines semaines.

« La quête de nouvelles particules et l’étude des désintégrations rares sont des stratégies complémentaires dans la recherche de la nouvelle physique. La précision avec laquelle les expériences peuvent mesurer ces taux de désintégration essentiels va s'améliorer progressivement, ce qui limitera les extensions viables du Modèle standard », a déclaré le porte-parole de CMS, Tiziano Camporesi.

Les données recueillies lors de futures exploitations du LHC augmenteront la précision de la mesure du B⁰_s et détermineront si les indices possibles de la désintégration associée du B⁰ sont confirmés. Ces résultats seront cruciaux pour démêler d’éventuels signes de nouveaux phénomènes sortant du cadre du Modèle standard et permettront de progresser dans la recherche d’une nouvelle physique.

Des milliers de physiciens auprès des expériences LHC sont engagés dans une recherche diversifiée de signes d'une nouvelle physique susceptible d'expliquer certaines grandes énigmes de la science, notamment la nature de la matière noire, et la raison pour laquelle l'Univers, qui à ses débuts, immédiatement après le Big Bang, comptait autant de matière que d'antimatière, est à présent constitué essentiellement de matière.

Pour plus d’informations:
Publication de Nature
Site web de l’expérience LHCb
Site web de l'expérience CMS

1. Le méson B⁰_s est constitué d’un antiquark b et d’un quark s, et le méson B⁰ d’un antiquark b et d’un quark d.
2. Le CERN, Organisation européenne pour la Recherche nucléaire, est le plus important laboratoire de recherche en physique des particules du monde. Il a son siège à Genève. Ses États membres actuels sont les suivants : Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Israël, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République tchèque, Royaume-Uni, Slovaquie, Suède et Suisse. La Roumanie a le statut de candidat à l’adhésion. La Serbie est État membre associé en phase préalable à l’adhésion. La Turquie est État membre associé. Les États-Unis d’Amérique, la Fédération de Russie, l’Inde, le Japon, le JINR, l’UNESCO et l’Union européenne ont le statut d'observateur.