Après une décennie de mesures méticuleuses, les scientifiques ont annoncé qu’une particule fondamentale – le boson W – a une masse nettement supérieure à celle théorique, ébranlant les fondements de notre compréhension du fonctionnement de l’univers.
Ces fondements sont fondés sur le modèle standard de la physique des particules, qui est la meilleure théorie dont disposent les scientifiques pour décrire les éléments constitutifs les plus élémentaires de l’univers et les forces qui les régissent.
Le boson W est une particule fondamentale chargée électriquement qui régit ce qu’on appelle la force faible, l’une des quatre forces fondamentales de la nature, et donc un pilier du modèle standard.
Cependant, la mesure la plus précise jamais réalisée du boson W contredit directement les règles du modèle standard, selon une nouvelle étude publiée dans la revue Science.
Ashutosh Kotwal, un physicien de l’Université Duke qui a dirigé l’étude, a déclaré que le résultat avait pris plus de 400 scientifiques sur 10 ans pour enregistrer et examiner un “ensemble de données d’environ 450 000 milliards de collisions”.
Ces collisions – réalisées en écrasant les particules ensemble à des vitesses hallucinantes pour les étudier – ont été réalisées par le collisionneur Tevatron dans l’État américain de l’Illinois.
C’était l’accélérateur de particules à la plus haute énergie au monde jusqu’en 2009, date à laquelle il a été supplanté par le Large Hadron Collider près de Genève, qui a observé le boson de Higgs quelques années plus tard.
Le Tevatron a cessé de fonctionner en 2011, mais les scientifiques du Collider Detector du Fermilab (CDF) n’ont cessé de faire des calculs depuis.
Harry Cliff, physicien des particules à l’Université de Cambridge qui travaille au Large Hadron Collider, a déclaré que le modèle standard était “probablement la théorie et la théorie scientifique les plus réussies jamais écrites – il peut faire des prédictions incroyablement précises”.
Mais si ces prédictions s’avéraient fausses, elles ne pourraient pas simplement être modifiées.
“C’est comme un château de cartes, vous tirez trop dessus, tout s’effondre”, a déclaré Cliff.
Mais le modèle standard n’est pas sans problèmes. Par exemple, il ne tient pas compte de la matière noire, qui représenterait 95 % de l’univers.
En plus de cela, “quelques fissures ont récemment été exposées dans le modèle standard”, ont déclaré les physiciens dans un article complémentaire de Science.
“Dans ce cadre d’indices qu’il manque des pièces au modèle standard, nous avons apporté un indice supplémentaire, très intéressant et assez important”, a déclaré Kotwal.
Jan Stark, physicien et directeur de recherche au CNRS, a déclaré “qu’il s’agit soit d’une découverte majeure, soit d’un problème dans l’analyse des données”, prédisant “des discussions assez animées dans les années à venir”.
“Les revendications extraordinaires nécessitent des preuves extraordinaires”, a-t-il déclaré.
Les scientifiques du CDF ont déclaré avoir déterminé la masse du boson W avec une précision de 0,01 %, soit deux fois plus précise que les efforts précédents.
Ils l’ont comparé à la mesure du poids d’un gorille de 350 kg (800 livres) à moins de 40 grammes (1,5 once).
Ils ont constaté qu’il était différent de la prédiction du modèle standard de sept écarts-types, également appelés sigma.
Cliff a déclaré que si vous lanciez une pièce de monnaie, “les chances d’obtenir un résultat de cinq sigma par pure chance sont de une sur trois millions et demi”.
“Si cela est réel, et non un biais systématique ou une incompréhension de la façon de faire les calculs, alors c’est un gros problème car cela signifierait qu’il y a un nouvel ingrédient fondamental dans notre univers que nous n’avons pas découvert auparavant.”
Cependant, il a ajouté : « Si vous allez dire quelque chose d’aussi important que nous avons cassé le modèle standard de la physique des particules, et qu’il y a de nouvelles particules à découvrir, pour convaincre les gens de cela, vous avez probablement besoin de plus d’une mesure de plus d’une mesure.
Le co-porte-parole du CDF, David Toback, a déclaré: “C’est maintenant à la communauté de la physique théorique et aux autres expériences de suivre cela et de faire la lumière sur ce mystère.”
Et après une décennie de mesures, Kotwal n’a pas encore terminé.
“Nous suivons les indices et ne négligeons aucun effort, nous allons donc comprendre ce que cela signifie.”