La cinquième force n’a plus nulle part où se cacher

Bien sûr, il faudra plus de données pour confirmer ces résultats, mais s’ils sont corrects, ce sera le début d’une véritable révolution en physique, qui pour la première fois pourra aller au-delà du modèle standard, la grande théorie qui comprend toutes les particules connues et les forces qui les régissent, mais laisse de côté des questions aussi importantes que la matière noire et l’énergie noire.

Depuis un demi-siècle, les physiciens étudient le fonctionnement de l’Univers avec le Modèle Standard, qui décrit la réalité à travers les interactions de différentes particules au moyen de quatre forces fondamentales : l’électromagnétisme, la gravité, la force nucléaire forte (responsable de la cohésion des noyaux atomiques ), et la force nucléaire faible (dont dépendent toutes les désintégrations radioactives).

Les limites du modèle standard

Cependant, jusqu’à présent, la théorie n’a pu décrire pleinement que trois des quatre forces : l’électromagnétisme, le nucléaire fort et le nucléaire faible. Chacun d’eux, en effet, opère par l’action d’une “particule messagère”, qui est porteuse de l’unité minimale de chaque force. Dans le cas de la force électromagnétique, la particule porteuse est le photon, dans le cas de la force nucléaire forte c’est le gluon, et dans le cas de la force nucléaire faible ce sont les bosons W et Z, toutes particules qui ont été observé dans les accélérateurs modernes.

Mais le modèle standard n’a pas encore intégré la gravité dans sa description, ce qu’il essaie, sans succès, depuis des décennies. On suppose que, comme pour les autres forces, la gravité devrait également avoir sa propre particule porteuse, le « graviton ». Mais personne n’a réussi à la retrouver jusqu’à présent. Et comme si cela ne suffisait pas, à cela s’ajoute maintenant l’existence possible d’une « cinquième force », qui n’était même pas prévue dans le modèle standard. Il semble donc clair qu’une « nouvelle physique » nous attend juste au coin de la rue.

Au cours des dernières années, certains scientifiques ont trouvé des indices de l’existence de cette cinquième force, bien qu’aucune des expériences qui ont tenté de la trouver et de déterminer ses caractéristiques n’ait réussi. “Nous explorons vraiment de nouveaux territoires”, déclare Brendan Cassey, scientifique principal du Laboratoire Fermi et co-auteur de l’étude. Nous déterminons le moment magnétique du muon avec une plus grande précision que jamais.”

Le secret de la souche

Les muons sont des particules fondamentales similaires aux électrons mais environ 200 fois plus massives. Comme les électrons, les muons ont un petit aimant interne qui, en présence d’un champ magnétique, oscille un peu comme le fuseau d’une toupie. La vitesse de cette oscillation dans un champ magnétique dépend du moment magnétique du muon, généralement représenté par la lettre g ; Au niveau le plus simple, la théorie prédit que g devrait être égal à 2. Mais parfois g a la valeur opposée, moins 2.

La différence entre g égal à 2 ou égal à moins 2 peut être attribuée aux interactions du muon avec les particules dites de « mousse quantique » qui l’entourent. Ces particules vacillent dans et hors de l’existence et, comme des « partenaires de danse » subatomiques, prennent la « main » du muon et modifient la façon dont le muon interagit avec le champ magnétique.

Le modèle standard, pour sa part, intègre toutes les particules connues qui pourraient constituer le « partenaire de danse » du muon, et prédit avec précision comment la mousse quantique g change. Mais il pourrait y avoir plus qu’il n’y paraît. Les physiciens, en fait, sont vraiment enthousiasmés par l’existence possible de particules encore inconnues qui contribuent à la valeur de g-2 et qui ouvriraient la porte à une toute nouvelle physique « au-delà » du modèle standard.

Plus précisément, les résultats ont montré que les muons “vacillaient” plus rapidement que prévu dans le modèle standard. Et cela, selon les chercheurs, pourrait être dû à l’action d’une cinquième force inconnue.

la cinquième force

Selon les mots de Graziano Venanzoni, l’un des principaux chercheurs du projet, “Nous pensons qu’il pourrait y avoir une autre force, quelque chose dont nous ne sommes pas conscients en ce moment, quelque chose que nous appelons la ‘cinquième force’, que nous ne connaissons pas. encore, mais qui devrait être important car il nous apprend quelque chose de nouveau sur l’Univers.

La mesure de g-2 effectuée par les chercheurs correspond à une précision de 0,20 partie par million, bien plus que quiconque n’avait atteint jusqu’à présent. Pour ce faire, l’équipe a accéléré des muons presque à la vitesse de la lumière à travers un anneau de 15 mètres de diamètre. “Cette mesure”, a déclaré Peter Winter, co-porte-parole de la collaboration Muon g-2, “est une réalisation expérimentale incroyable. Réduire l’incertitude systématique (qui est causée par des imperfections dans les expériences elles-mêmes) à ce niveau est un gros problème et quelque chose que nous ne nous attendions pas à réaliser si tôt.”

Cependant, malgré le fait que les preuves soient solides, elles ne peuvent pas encore être considérées comme une preuve concluante de l’existence d’une cinquième force. Les résultats récemment annoncés s’appuient sur d’autres rendus publics par la même équipe en 2021, et bien qu’ils les renforcent et les développent, ils ne peuvent pas encore être considérés comme définitifs.

Les chercheurs estiment qu’il faudra encore deux ans pour disposer de toutes les données dont ils ont besoin pour faire une annonce officielle. Trop longtemps, puisque les physiciens du Large Hadron Collider, LHC, pourraient prendre de l’avance et offrir à l’Europe la victoire dans cette authentique course scientifique.

Comme Mitesh Patel, de l’Imperial College de Londres et l’un des physiciens qui tentent depuis des années d’aller au-delà de la théorie actuelle avec le LHC, l’a assuré à la BBC, “la mesure des comportements qui ne sont pas en accord avec les prédictions du modèle standard est le Saint Graal de la physique des particules. Cela déclencherait une révolution dans notre compréhension car le modèle a résisté à tous les tests expérimentaux pendant plus de 50 ans.”

Si les données étaient enfin confirmées, nous serions face à l’une des plus grandes avancées scientifiques depuis les théories de la relativité d’Einstein. Une cinquième force, en effet, et toute nouvelle particule qui lui serait associée, ne ferait pas partie du Modèle Standard et ouvrirait une porte qui pourrait nous conduire à résoudre des mystères qui n’ont toujours pas de réponse.

Pourquoi l’Univers continue-t-il de s’étendre de plus en plus vite au lieu de ralentir ? L’énergie noire est-elle responsable de cette accélération ? Et si oui, comment ça marche ? Et quelle est cette substance inconnue que nous appelons matière noire, cinq fois plus abondante que la matière « normale » et sans laquelle les galaxies n’existeraient pas ? Autant de questions qui taraudent les physiciens et auxquelles le Modèle Standard ne peut répondre…