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Anomalie NuTeV : peut-être une explication classique, hélas...

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Il y a plusieurs années, des physiciens découvraient un phénomène anormal lors d'expériences sur l'interaction électrofaible. L'anomalie NuTeV devenait rapidement célèbre et certains n'hésitaient pas à y voir les signes d'une physique au-delà du Modèle Standard. Mais il faut peut-être déchanter. Un groupe de chercheurs pense avoir résolu l'énigme en faisant intervenir un effet subtil découvert au Cern il y a 25 ans environ et qui ne nécessite pas d'invoquer une nouvelle physique.

Le détecteur de la collaboration NuTeV. Crédit : Fermilab

Il y a quelques années, les physiciens du Fermilab utilisant les faisceaux de neutrinos secondaires produits par le Tevatron avaient entrepris de tester le modèle des interactions électrofaibles dans une certaine gamme d'énergie en faisant entrer en collision des neutrinos avec les quarks des nucléons d'une cible fixe en acier. Les neutrinos pouvaient interagir avec les quarks en échangeant soit des bosons Z neutres soit des bosons W chargés.

Au sein des produits de réactions apparaissaient soit d'autres neutrinos soit des muons. Une curieuse anomalie a alors été découverte. La proportion observée entre les deux réactions possibles n'était pas tout à fait celle prévue. Entre théorie et expérience apparaissait un désaccord de l'ordre de 1%.

Baptisée depuis lors anomalie NuTev, du nom de la collaboration du Fermilab s'occupant des expériences avec les faisceaux de neutrinos du Tevatron, ce curieux effet laissait les théoriciens perplexes. L'hypothèse d'une erreur dans l'analyse des résultats de l'expérience n'était pas écartée. Tenter de faire intervenir de la nouvelle physique, comme de la supersymétrie, soulevait de nouveaux problèmes et l'accorder avec les mesures de Neutrinos at the Tevatron (NuTeV) conduisait à d'autres désaccords avec d'autres expériences.

Pour expliquer l'anomalie, une autre anomalie...

Anthony Thomas, du Department of Energy's Thomas Jefferson National Accelerator Facility, pense avoir trouvé la clé de l'énigme avec ses collègues des universités de Tokai et de Washington. Ils ont pour cela utilisé les résultats d'un autre effet curieux, mais bien attesté et compris celui-là, découvert au Cern il y a 25 ans avec des faisceaux de muons.

Les physiciens de l'European Muon Collaboration (EMC) avaient découvert que les collisions de muons sur des noyaux de fer ou de deutérium ne pouvaient s'expliquer que si la structure des protons et des neutrons se modifiait sous l'effet de la présence autour d'eux de plusieurs autres nucléons. En d'autres termes, un neutron ou un proton présente une structure et des propriétés différentes selon qu'il est isolé ou bien dans un noyau.

Ce phénomène, baptisé depuis effet EMC, n'est pas si surprenant. On savait déjà qu'un neutron inclus dans un noyau a une durée de vie bien plus importante que lorsqu'il est isolé puisqu'il se désintègre alors en quelques minutes seulement.

Dans l'article qu'ils viennent de publier dans Physical Review Letters, les chercheurs montrent qu'en tenant compte de l'effet EMC dans l'expérience NuTeV, il est possible de reproduire exactement les résultats des expériences sans faire intervenir de la physique nouvelle.

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