Des scientifiques du CERN ont découvert un processus de désintégration de particules ultra-rare, ouvrant une nouvelle voie pour découvrir une physique au-delà de notre compréhension de la manière dont les éléments constitutifs de la matière interagissent.
La collaboration NA62 présentée lors d’une Séminaire EP du CERN la première observation expérimentale de la désintégration ultra-rare du kaon chargé en un pion chargé et une paire neutrino-antineutrino (K+ → π+νṽ).
Il s’agit d’un phénomène extrêmement rare : le modèle standard (MS) de la physique des particules, qui explique comment les particules interagissent, prédit que moins d’un kaon sur 10 milliards se désintègre de cette manière. L’expérience NA62 a été conçue et construite spécifiquement pour mesurer cette désintégration du kaon.
Cristina Lazzeroni, professeure de physique des particules à l’université de Birmingham, a déclaré : « Grâce à cette mesure, K+ → π+νṽ devient la désintégration la plus rare établie au niveau de la découverte, le fameux 5 sigma. Cette analyse difficile est le résultat d’un excellent travail d’équipe, et je suis extrêmement fière de ce nouveau résultat. »
Les kaons sont produits par un faisceau de protons de haute intensité fourni par le Super Synchrotron à Protons du CERN (SPS), entrant en collision avec une cible stationnaire. Cela crée un faisceau de particules secondaires de près d’un milliard de particules par seconde qui pénètrent dans le détecteur NA62, dont environ 6 % sont des kaons chargés. Le détecteur identifie et mesure précisément chaque kaon et ses produits de désintégration, à l’exception des neutrinos qui apparaissent comme de l’énergie manquante.
Le professeur Giuseppe Ruggiero, de l’Université de Florence, a ajouté : « C’est l’aboutissement d’un long projet commencé il y a plus de dix ans. Rechercher des effets dans la nature dont la probabilité de se produire est de l’ordre de 10-11 est à la fois fascinant et stimulant. Après un travail rigoureux et minutieux, nous avons obtenu une récompense étonnante pour nos efforts et livré un résultat attendu depuis longtemps. »
Le nouveau résultat est basé sur la combinaison des données recueillies par l’expérience NA62 en 2021-22 et d’un résultat publié précédemment basé sur l’ensemble de données de 2016-2018. L’ensemble de données de 2021-2022 a été collecté à la suite d’une série de mises à niveau de la configuration NA62, permettant un fonctionnement à une intensité de faisceau 30 % supérieure avec plusieurs détecteurs nouveaux et améliorés.
Les mises à niveau matérielles combinées à des techniques d’analyse raffinées ont permis de collecter des signaux candidats à un taux 50 % plus élevé qu’auparavant, tout en ajoutant de nouveaux outils pour supprimer les arrière-plans.
Un groupe de scientifiques de l’Université de Birmingham, actuellement dirigé par le professeur Evgueni Goudzovski, a rejoint l’expérience NA62 lors de la phase de conception en 2007, jouant un rôle central dans la collaboration.
Le professeur Goudzovski a commenté : « Attirer les meilleurs talents et offrir des postes à responsabilité aux chercheurs en début de carrière a toujours été la priorité du groupe. Nous sommes fiers que l’actuel coordinateur de physique de NA62 et l’actuel responsable de la mesure K+ → π+νṽ soient tous deux d’anciens doctorants de Birmingham. C’est un privilège de travailler et de diriger une équipe aussi énergique et constructive. »
L’équipe de recherche étudie la désintégration K+ → π+νṽ car elle est très sensible à une nouvelle physique au-delà de la description du modèle standard. Cela fait de la désintégration l’un des processus les plus intéressants pour rechercher des preuves d’une nouvelle physique.
La fraction de kaons qui se désintègrent en un pion et deux neutrinos est estimée à environ 13 sur 100 milliards. Ce chiffre correspond aux prédictions du modèle standard, mais est environ 50 % plus élevé.
Cela pourrait être dû à de nouvelles particules qui augmentent la probabilité de cette désintégration, mais davantage de données sont nécessaires pour confirmer cette hypothèse. L’expérience NA62 collecte actuellement des données et les scientifiques espèrent confirmer ou infirmer la présence d’une nouvelle physique dans cette désintégration au cours des prochaines années.
Plus d’informations :
Séminaires du CERN : indico.cern.ch/event/1447422/