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Nouvelles scientifiques

 

Paris, le 16 mars 2007

 

Observation d’une nouvelle transformation entre matière et antimatière

 

Pour la première fois, des physiciens de l’expérience Babar, menée au Stanford linear accelerator center (Slac) en Californie par une collaboration internationale(1), à laquelle participent l’Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) du CNRS et le laboratoire de recherches sur les lois fondamentales de l’Univers (Dapnia) du CEA, ont observé la transition d’un type de particule, le méson D neutre, en son antiparticule. Cette observation va maintenant être utilisée pour tester le Modèle standard, la théorie actuelle qui décrit la matière composant l’Univers et les forces associées.

 

L’accélérateur PEP-II au Slac, aussi appelé usine à B, permet à la collaboration Babar d’étudier non seulement les mésons B mais aussi plusieurs autres types de particules y compris le méson D. Un grand nombre de particules dans une grande variété de combinaisons sont produites par collision d’électrons et de positrons à grande énergie dans le collisionneur PEP-II. L’un des résultats les plus insaisissables est la transformation d’une particule en son antiparticule dans un processus que les physiciens appellent "mélange". Les mésons K neutres, il y a plus de 50 ans, furent les premières particules élémentaires à exhiber ce comportement. Il y a environ 20 ans, les physiciens ont découvert le mélange des mésons B. En 2006, le mélange des mésons Bs neutres et étranges a été mis en évidence(2). Aujourd’hui, pour la première fois, les physiciens de Babar ont vu le méson D se transformer en son antiparticule et vice versa. La pièce manquante du puzzle des mélanges particule-antiparticule a donc été trouvée.

Le mélange du méson D est incroyablement rare. Parmi les quelques milliards de collisions enregistrées par l’expérience Babar, cette étude se concentre sur environ un million d’événements contenant un méson D. Les physiciens ont trouvé à peu près 500 événements dans lesquels un méson D s’est transformé en un anti-méson D avant de se désintégrer. C’est la combinaison d’un accélérateur de haute intensité et d’un détecteur de précision qui a permis de mesurer des phénomènes très rares qui sont sensibles aux effets d’une nouvelle physique.

En observant le processus rare du mélange du méson D, les collaborateurs de l’expérience Babar peuvent tester les subtilités du Modèle standard. Pour passer de matière à antimatière, le méson D subit des fluctuations quantiques mettant en jeu des particules virtuelles éphémères. Bien que le détecteur Babar ne puisse pas voir directement ces particules virtuelles, les chercheurs peuvent les déceler en mesurant la fréquence de la transformation du méson D en anti-méson D. Il est encore trop tôt pour savoir si le Modèle standard est capable de rendre compte complètement de cet effet, ou si une nouvelle physique est nécessaire pour expliquer les observations. Mais dans les prochains mois, il est probable qu’une abondance de travaux théoriques tentera d’interpréter les nouvelles observations.

 

(1) La collaboration Babar regroupe environ 600 physiciens et ingénieurs de 77 institutions en Allemagne, au Canada, en Espagne, en France, en Italie, en Norvège, aux Pays-Bas, au Royaume-Uni, en Russie et aux États-Unis. La collaboration comprend 4 laboratoires de l’IN2P3 du CNRS :
- le Laboratoire de l’accélérateur linéaire d’Orsay (LAL) (CNRS et Université Paris Sud)
- le Laboratoire d’Annecy-le-Vieux de physique des particules (Lapp) (CNRS et Université de Savoie)
- le Laboratoire Louis Leprince-Ringuet (LLR) (CNRS et Ecole Polytechnique)
- le Laboratoire de physique nucléaire et des hautes énergies (LPNHE) (CNRS et Université Paris 6 et 7)
Ainsi qu’une équipe du laboratoire de recherches sur les lois fondamentales de l’Univers du CEA (CEA/DSM/Dapnia).

(2) Voir le communiqué du 17 mai 2006 "Énigme de l’antimatière : mesures inégalées au Tevatron".

 

Pour en savoir plus

Contact chercheur

  • IN2P3 : Jean-Pierre Lees, Tél : 04 50 09 16 43
  • CEA/Dapnia : Georges Vasseur, Tél : 01 69 08 14 61
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