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Antimatière : BaBar confirme l'oscillation des mésons D neutres !

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Pour la première fois, des scientifiques de l'expérience BaBar du célèbre accélérateur linéaire de Stanford, le SLAC, ont observé la transformation d'une particule appelée le méson D neutre en sa particule conjuguée d'antimatière. Cette observation est une possible fenêtre ouverte sur une physique existant au delà du modèle standard, constitué de la théorie électrofaible de Glashow-Salam-Weinberg et de la chromodynamique quantique.

Schéma des installations du SLAC.

« L'obtention d'un grand nombre de collisions nécessaire pour observer cette oscillation des mésons D rend hommage au travail énorme de l'équipe de l'accélérateur du laboratoire et à ses compétences » affirme le directeur du SLAC, Jonathan Dorfan.

A droite le directeur du SLAC

L'anneau de stockage PEP-II couplé avec le linac du SLAC, également connu sous le nom d'usine à mésons B, permet à la collaboration de BaBar d'étudier non seulement des mésons B mais également plusieurs autres types de particules comme justement les mésons D. Une grande multiplicité de particules est produite quand des électrons et des positrons se heurtent à des énergies élevées dans les détecteurs adjoints au PEP - II. Un des résultats les plus délicats à observer dans ces myriades de particules est la transformation d'une particule en son anti-particule, on parle en fait d'oscillation ou encore en anglais de « mixing », c'est à dire « mélange ».

Les mésons K neutres, découverts il y a plus de 50 ans, étaient les premières particules élémentaires observées exhibant ce phénomène. Il y a environ 20 ans, les scientifiques ont observé des oscillations du même genre pour les mésons B. Maintenant, pour la première fois, les expérimentateurs de BaBar ont vu le méson D se transformer lui aussi en son anti-particule et inversement.

Le détecteur BaBar (Crédit : SLAC).

« C'est un moment vraiment passionnant pour nous, c'était la pièce du puzzle qui nous manquait pour les phénomènes d'oscillations possibles dans le cadre du modèle standard » raconte Hassan Jawahery, le porte-parole de l'équipe BaBar à l'université du Maryland. Ce « mixing » des mésons D est un processus particulièrement rare. Dans l'expérience BaBar plusieurs milliards d'événements ont été enregistrés dans les collisions. Seul un million d'événements contenant des mésons D étaient des candidats possibles pour l'observation de cet effet. Les expérimentateurs ont trouvé environ 500 événements dans lesquels un méson D s'était changé en anti-méson D avant de se désintégrer.

Selon le directeur adjoint du SLAC, la célèbre Persis Drell  « La combinaison remarquable au SLAC d'un accélérateur à haute intensité et d'un détecteur de précision a eu un impact énorme sur notre capacité de sonder ces phénomènes très rares qui sont sensibles aux effets possibles d'une nouvelle physique ».

Description des possibles explications du "mixing" des mésons D.

En effet, des processus avec particules virtuelles à l'intérieur des mésons B et D neutres sont à l'origine de ces oscillations. Or, ces particules virtuelles peuvent très bien être dans certains cas des particules supersymétriques ! On comprend donc que des mesures fines sur les oscillations suivies de désintégrations en différentes particules pour ces mésons soient particulièrement importantes ! On y cherchera aussi des indices sur le phénomène très important de violation CP, déjà constaté pour les mésons B.

«  Il est trop tôt pour savoir si le modèle standard est capable d'expliquer entièrement ces phénomènes, ou si une nouvelle physique est exigée pour expliquer l'observation » affirme Jawahery. « Mais dans les semaines et les mois à venir, nul doute que nous verrons une abondance de propositions théoriques pour interpréter ce que nous avons observé ».

Environ 600 scientifiques et ingénieurs de 77 laboratoires situés au Canada, en France, en Allemagne, en Italie, aux Pays Bas, en Norvège, en Russie, en Espagne, au Royaume-Uni et aux Etats-Unis travaillent à BaBar.