21 novembre 2011
LHCb : les charmes de l’asymétrie

21 nov. 2011 : Lors de la conférence Hadron Collider Physics (HCP 2011) à Paris les physiciens de la collaboration LHCb, à laquelle participent des équipes du CNRS/IN2P3 (à Annecy, Clermont Ferrand, Marseille, Orsay et Paris) ont présenté la semaine dernière un résultat surprenant. Ils ont en effet mesuré les premiers indices de violation de la symétrie matière-antimatière dans le comportement des particules appelées « mésons charmés », contenant des quarks c. D’après le modèle standard de la physique des particules, cet effet devrait être extrêmement faible. Les théoriciens sont maintenant à l’œuvre pour essayer de comprendre la nature de cet effet. Les physiciens expérimentateurs quant à eux, poursuivent et affinent l’analyse de l’ensemble des données recueillies afin de préciser si cet effet se confirme.

Au début de son histoire, tout de suite après le big-bang, l’Univers contenait autant de matière que d’antimatière. Cependant, toutes les observations, faites jusqu’à ce jour, montrent que notre Univers n’est constitué que de matière. Qu’est-il donc arrivé à l’antimatière peu après la naissance de notre univers ? De subtiles différences de comportement entre matière et antimatière, appelées violation de symétrie CP, sont des ingrédients expliquant l’écart important qui s’est établi, au cours de l’histoire de l’Univers, entre les proportions de matière et d’antimatière. Les connaissances actuelles sur ces différences sont incomplètes et ne permettent pas encore de comprendre le mécanisme par lequel la matière a pris le dessus sur l’antimatière.

D ‘après le modèle standard de la physique des particules la violation de CP dans les mésons charmés devrait être extrêmement faible. Quelle n’a pas été la surprise des chercheurs de LHCb lorsqu’ils ont découvert, en observant des désintégrations de particules de matière et d’antimatière, qu’il pourrait en être autrement ! Les théoriciens sont sur l’affaire.

Des mesures comparables, mais pas aussi significatives, avaient déjà été effectuées dans d’autres expériences, CDF auprès du Tevatron à États-Unis, Babar et Belle auprès des "usines à B" de SLAC aux États-Unis et au Japon. L’expérience LHCb auprès du LHC est dédiée à l’étude précise des différences entre matière et antimatière par l’observation des désintégrations des particules belles (contenant un quark b) et des particules charmées (contenant un quark c).

L’énergie des collisions produites au LHC, le taux de collision (ou « luminosité ») et le système de déclenchement de l’expérience LHCb, permettent de produire et d’observer un nombre très important de ces processus et de mesurer leurs caractéristiques avec des sensibilités jamais atteintes auparavant. En observant le taux de désintégration des particules D0, formées d’un quark c et d’un antiquark u, et en le comparant à celui de son antiparticule, ils ont mesuré une différence, ou paramètre d’asymétrie ΔACP, égale à environ 0,8 %, c’est à dire huit fois plus important que ce qui est prévu par le modèle standard des particules.

Alors que les théoriciens ont commencé à étudier ces résultats inattendus pour rechercher une éventuelle explication ou découvrir des causes inconnues, les scientifiques de LHCb mettent toute leur énergie à pousser leurs analyses encore plus loin. À ce jour, ils ont analysé la moitié des données recueillies en 2011 ; ils prévoient de terminer l’analyse, mais aussi de procéder à des vérifications indépendantes en recourant à des démarches et à des stratégies différentes. Des nouveaux résultats seront présentés d’ici au début de l’année prochaine, lors des conférences d’hiver.

Pour en savoir plus sur l’antimatière

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