02/03/2012 - Nouvelles données provenant du LHC sur la raison pour laquelle la matière a vaincu l'antimatière

Menéame

L’un des détecteurs du Grand Collisionneur d’Hadron (LHC), le LHCb, a observé pour la première fois la rupture de la symétrie entre matière et antimatière dans la désintégration de la particule connue sous le nom de Meson Bs. Jusqu ' à présent, ce phénomène n’avait été observé que lors de la désintégration d ’, ce qui a été le prix Nobel de 2008 à Kobayashi et à Maskawa. Des chercheurs des universités de Santiago de Compostelle, Barcelone et Ramón Llull ont participé à cette étude.

L’expérience LHCb du Grand Collisionneur de Hadrones (LHC) a publié la première observation directe de la rupture de la symétrie matière/antimatière (phénomène connu en physique sous le nom de "violation CP") dans les désintégrations du Meson Bs. C’est la première fois que l’on observe ce phénomène dans ce type de particules.

Jusqu ' à présent, le phénomène avait été observé dans une autre particule similaire, découverte qui a été récompensée par le prix Nobel des physiciens japonais Kobayashi et Maskawa en 2008. Les scientifiques de la collaboration LHCb, parmi lesquels figurent des groupes de l’Université de Santiago de Compostelle (USC), de l’université de Barcelone (UB) et de l’Universidad Ramón Llull (URL), ont publié les résultats dans le dépôt numérique arXiv et envoyé à la revue Physical Review Letters.

L’expérience LHCb est conçue pour étudier la rupture de la symétrie entre matière et antimatière. Selon la théorie, dans le Big Bang ont été créées les mêmes quantités de matière et d’antimatière, une sorte de réplique identique à la matière dans tout sauf dans sa charge électrique, qui est négative. Si la symétrie, la matière et l’antimatière devaient être éliminées entre elles, mais à un certain moment, une asymétrie s’est produite, la matière " a vaincu" l’anti-matière et a formé les atomes qui composent des galaxies, des étoiles, des planètes et tout ce qui existe. Les scientifiques ne savent toujours pas pourquoi.

Les quarks, qui avec les leptons sont les " briques " qui composent la matière que nous connaissons, sont regroupés en trois formes de base ou répliques. La première forme est la matière ordinaire dont nous sommes composés, essentiellement protons et neutrons. Les deux autres sont formées par le quark charm (c) et le strange (s), et par les quarks très lourds comme le beauty (b) et le top (t).

LHCb a observé pour la première fois directement la rupture de la symétrie CP dans les désintégrations du Messon Bs, qui contient dans sa composition un quark lourd beauty (b) et un antiquark strange (s). On peut voir à l'œil nu dans les données prises en 2011 par LHCb comment le rythme de désintégration de ce méson et de son antiparticule diffèrent d’une quantité de 27%, ce qui implique une signification statistique supérieure à trois écarts typiques ou sigmes, que les scientifiques estiment suffisant pour montrer une première preuve de cette asymétrie.

L’observation de LHCb revêt une grande importance car c’est la première fois que l’on observe la rupture directe de la symétrie matière/antimatière dans les transitions entre quarks impliquant toutes les formes connues. Jusqu'à présent, on connaissait le manque de symétrie CP directe dans les désintégrations d’un autre méson formé par le quark b, le B0, dont les observations ont été récompensées par le prix Nobel aux physiciens japonais Kobayashi et Maskawa en 2008. Ces scientifiques avaient postulé que l’origine du manque de symétrie matière/antimatière se trouvait précisément dans l’existence de différentes répliques de quarks.

Asymétries intenses matière-atmatimatyrie

La découverte réalisée par LHCb est particulièrement importante parce qu’elle montre que les asymétries matière-antimatière observées dans les désintégrations des quarks b restent très intenses lorsque l’on observe d’autres répliques que celles observées jusqu'à présent. Il est trop tôt pour savoir avec précision si les mesures prises s’inscrivent bien dans le Modèle standard de physique des particules, la théorie qui décrit les particules fondamentales et leurs interactions, ou bien si elles supposent une nouvelle physique, car cela nécessite des calculs théoriques détaillés et des comparaisons avec d’autres mesures connexes.

La théorie de Kabayashi-Maskawa du Modèle Standard a un déficit important dans l’explication de la création des galaxies, formées presque exclusivement par matière, sans rien d’antimatière. Les mesures actuelles fournissent de nouvelles preuves d’une violation CP élevée dans des répliques de quarks jusqu'à présent inexplorées.

Avec les résultats ci-dessus cités, l’expérience LHCb présente dans cette même publication de nouvelles mesures de l’asymétrie matière/antimatière dans le mésone B0, de production plus abondante dans le LHC que le méson Bs. Ces mesures dépassent précisément l’une ou l’autre de celles qui existent à ce jour et confirment une asymétrie de -8.9% pour ce moisson. Seule une analyse détaillée de ces mesures dans leur ensemble permettra de savoir dans quelle mesure le Modèle Standard permet de décrire les données.

Le Meson Bs fait l’objet d’une étude prioritaire dans le cadre de l’expérience LHCb du Laboratoire européen de physique des particules (CERN). En 2011 et 2012, LHCb a publié la découverte de plusieurs nouvelles désintégrations du Messon Bs, dont sa désintégration en quelques particules étrangères et neutres, réalisée par le groupe de l’Université de Saint-Jacques de Compostelle et publiée dans Physics Letters B. La collaboration LHCb est constituée de 52 institutions de différents pays, dont l’Université de Santiago de Compostelle, l’Université Barcelone et l’Université Ramón Llull.

La participation espagnole au LHC est encouragée par le Centre national de physique des particules, des astroparticules et des matières nucléaires (CPAN), projet Consolider-Ingénio 2010 dont les principaux objectifs sont la promotion et la coordination scientifique de la participation espagnole à des projets internationaux, le développement d’activités communes de R-D et la formation et l’intégration dans les groupes de nouveaux chercheurs et techniciens. Le CPAN vise à consolider ces actions en créant un centre en réseau à caractère permanent, analogue à celui existant dans d’autres pays de notre environnement.

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