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Nouvelles scientifiques

 

Paris, le 29 juin 2006

 

Matière / antimatière : l'asymétrie prend forme

 

Une nouvelle étape vient d'être franchie dans la compréhension du déséquilibre matière-antimatière dans l'Univers : l'expérience Babar, menée au Stanford linear accelerator center (Slac, Californie) par une collaboration internationale, à laquelle participent l'IN2P3/CNRS et la DSM/Dapnia/CEA, et l'expérience Belle, menée à l'Organisation de recherche de l'accélérateur de haute énergie (KEK) au Japon, ont permis d'établir de manière directe et avec précision les valeurs tant attendues des paramètres rendant compte de l'asymétrie entre des désintégrations rares des particules dénommées "mésons B" et de leurs antiparticules, les "antimésons B" ou "anti-B". Ce résultat remarquable confirme les prédictions du Modèle standard basées sur des mesures indirectes plus anciennes.

 

Comment expliquer la prédominance de la matière sur l'antimatière dans l'Univers ? Pour trouver des éléments de réponse, les chercheurs des collaborations Babar et Belle étudient les désintégrations des particules dénommées "mésons B"(1) et de leurs antiparticules, les "antimésons B" ou "anti-B". Et tout, ou presque, repose sur une affaire de triangle : le "triangle d'unitarité". Plus qu'une simple forme géométrique, ce triangle résume notre connaissance des taux de désintégration et des différences, ou asymétries, de comportement existant entre la matière et l'antimatière, dans le cadre du Modèle standard. Les mésons B et les anti-B peuvent se désintégrer de façon différente en un même état final.

Les mesures réalisées au cours des 50 dernières années avaient fourni les longueurs des côtés du triangle. Les mesures directes d'asymétrie pour différents modes de désintégration des B et anti-B, représentées par les angles du triangle, n'ont été possibles qu'avec la mise en route des "usines à B" à Slac et à KEK, il y a sept ans. Grâce à l'accumulation de ces mesures, les physiciens allaient peut-être enfin obtenir la forme du triangle d'unitarité par la mesure directe des asymétries et avec une plus grande précision.
Et c'est chose faite : les données obtenues par les équipes de Babar et de Belle convergent vers une valeur précise de chaque angle du triangle d'unitarité, la forme et la surface du triangle obtenu à partir des angles étant en accord avec celles déduites des longueurs des côtés de nombreuses années auparavant. Un résultat essentiel qui établit par de multiples mesures redondantes la cohérence du Modèle standard dans le secteur des désintégrations électro-faibles des quarks.
Ainsi, l'angle "bêta" a été déterminé à moins de 5% de précision. Pour obtenir la valeur de l'angle "alpha" avec une précision inégalée d'environ 15%, l'équipe de Babar a utilisé un mode de désintégration particulier, considéré jusqu'à présent comme trop difficile à mesurer. Les expérimentateurs de la collaboration Belle ont quant à eux conçu une méthode novatrice qui devrait permettre de mesurer également l'angle "gamma", faisant ainsi économiser aux usines à B beaucoup d'années de collecte de données supplémentaires. Bien que l'angle gamma soit le moins bien connu, les physiciens l'ont évalué avec assez de précision pour conclure à un triangle fermé.

Les chercheurs demeurent toutefois confrontés à une énigme : la proportion d'asymétrie déterminée expérimentalement dans le cas des mésons B est très faible et ne suffit pas à expliquer pourquoi l'Univers est fait de matière plutôt que d'antimatière. Une énigme qui ne pourra peut-être être résolue qu'en introduisant une nouvelle physique ? En tout cas, les physiciens ne comptent pas s'arrêter là. Prochaine étape : approfondir l'étude des mésons B notamment avec l'expérience LHCb au Cern, dont la prise de données débutera en 2007-2008 et qui devrait permettre d'exploiter 100 fois plus de données que les expériences actuelles menées auprès des usines à B.

 

(1) Les mésons sont des particules composées d’un quark et d’un antiquark. Les mésons B, qui comportent un quark beau (b), sont très lourds (5 fois plus qu’un proton) et ont une durée de vie très courte.

 

Contact chercheur

  • Denis Bernard, Tél : 01 69 33 31 60

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