16 novembre 2012
LHCb : première mise en évidence de la désintégration de mésons B°s en paires de muons

Le 12 novembre à Kyoto (Japon), à l’occasion du colloque « Physique aux Collisionneurs de Hadrons » (HCP), la collaboration LHCb (Large Hadron Collider beauty), dont fait partie l’IN2P3/CNRS, a présenté de fortes indications sur l’observation d’une désintégration extrêmement rare du méson B°s en paire de muons, une première. Les laboratoires français de l’IN2P3 ont joué un rôle important dans la construction d’éléments du détecteur et les analyses qui ont conduit à ces nouveaux résultats.

D’après les prédictions du Modèle standard, les mésons B°s - association d’un quark beau (b) et d’un quark étrange (s) – peuvent se désintégrer en paires de muons (?+ ?-) avec une probabilité de 3 sur 1 milliard. C’est une désintégration très rare, et intéressante, car très sensible à la nouvelle physique. Les mesures de LHCb, issues de données prises en 2011 et 2012, aboutissent à une valeur de 3,2 sur un milliard. Comme l’a affirmé Pierluigi Campana, porte-parole de la collaboration LHCb, cette valeur est en très bon accord avec les prédictions théoriques. Une mesure précise de ce mode de désintégration apportera de fortes contraintes sur certains modèles physiques au-delà du modèle standard. La probabilité que cet excès d’évènements soit dû à une fluctuation statistique du bruit de fond est de 0,05 % soit un écart standard de 3,5 sigmas. Il faudra atteindre 5 sigmas pour pouvoir qualifier ces observations de découverte.

Pourquoi la désintégration de méson B°s en paire de muons est-elle "sensible" à la nouvelle physique ?

Tout en donnant la possibilité d’expliquer plus de phénomènes, les théories au-delà du Modèle standard doivent être en accord avec l’ensemble des observations faites à ce jour, à l’instar du Modèle standard lui-même. Ainsi pour vérifier ces théories, il faut chercher leurs effets possibles, dans des phénomènes encore inobservés : soit des domaines d’énergie encore non atteints, soit des phénomènes très rares.

Or, le LHC procure les moyens de jouer sur ces 2 tableaux : c’est un accélérateur de haute énergie et de haute luminosité ce qui multiplie les chances d’observer des phénomènes rares. Le cas de la désintégration du méson B°s en paire de muons est intéressant pour explorer la nouvelle physique car, dans le cadre de certaines théories de nouvelle physique - comme la supersymétrie, cette désintégration met en jeu des processus différents/nouveaux, et donc la probabilité qu’elle a de se produire peut être différente.

Parvenir à mesure la probabilité qu’ont les mésons B°s de se désintégrer en paires de muons est donc un moyen de contraindre fortement la validité de ces théories.

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