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  • Le Muon : une clef qui nous ouvrira la porte d’une nouvelle physique ?

    Posté le 15 juin 2012

    Certains chercheurs testent les modèles mathématiques qui prédisent le comportement des muons. C’est lorsque les prédictions et les résultats expérimentaux diffèrent que les découvertes sont faites.

    Les scientifiques s’intéressent particulièrement à la détermination de la précession (ou oscillation) des muons dans des champs magnétiques.

    « Les particules se comportent un peu comme des toupies » explique Chris Polly qui travaille sur l’expérience g-2 du Fermilab. « Si elles sont perturbées elles commencent à osciller ». « Dans notre expérience, nous perturbons les muons en les plaçant dans un champ magnétique, en mesurant le taux d’oscillation et en le comparant à la valeur prédite ». De la même manière qu’une toupie tourne différemment selon la surface où elle se trouve, la précession du muon est influencée par son environnement subatomique.

    Il ne suffit pas d’utiliser un microscope et de regarder ce qui se passe dans le monde subatomique, explique Polly. « Nous devons utiliser des approches indirectes pour déterminer ce qui se passe. Observer la précession du muon est l’une des approches ».

    40 ans de simulations, de calculs et d’expériences ont abouti à une compréhension plutôt bonne d’une partie du monde subatomique, et les scientifiques utilisent cette accumulation de connaissances pour développer des modèles mathématiques afin de prédire les résultats expérimentaux.

    Parfois, ils tombent juste, comme pour la prédiction et la découverte du quark Charm en 1974. Mais d’autres fois ils se trompent complètement, ce qui est une indication claire que quelque chose manque à leur modèle. Les scientifiques ont connu ce cas de figure en 1933 lorsque le taux prédit de la précession du proton différait de la valeur expérimentale d’un facteur supérieur à 2. Après quelques décennies de réflexion les scientifiques du SLAC ont cassé le proton en morceaux et ont découvert qu’il était composé de quarks. La prédiction initiale était fausse car elle était basée sur l’hypothèse que le proton était une particule ponctuelle.

    Beaucoup de scientifiques spécialistes de l’étude des muons espèrent que la mesure précise du taux de précession permettra d’éclairer certaines incohérences du Modèle Standard. Dans une expérience conduite à Brookhaven, des scientifiques ont découvert une légère divergence entre les valeurs prédites et les valeurs expérimentales, mais les incertitudes théoriques et expérimentales étaient trop importantes pour obtenir une réponse définitive.

    « La divergence entre l’expérience de Brookhaven et la prédiction du Modèle Standard est significative, mais un résultat aussi extraordinaire requiert une preuve irréfutable qui peut seulement être réalisée avec des améliorations à la fois dans les expériences et la théorie » explique Polly. « Si nous pouvons confirmer cette divergence, alors nous saurons qu’il doit y avoir quelque facteur caché que nous n’avons pas pris en compte. Ce facteur caché pourrait être n’importe quoi, de nouvelles particules intéragissant avec les muons à une découverte que les muons ne sont pas, en fait, des particules fondamentales après tout.

    L’apparence énigmatique du muon et son identification en tant que particule unique et autonome a rendu les scientifiques perplexes et a révolutionné le domaine de la physique des particules. Il a été le précurseur de 3 générations de matière et a ouvert la porte à la découverte des quarks et des autres particules.

    Aujourd’hui, les scientifiques peuvent manipuler les muons et les utiliser comme outil non seulement pour la recherche en physique des particules mais aussi pour la cosmologie, l’archéologie et la sécurité publique. Ils ont utilisé les muons pour tester la relativité restreinte et l’effet de dilatation du temps et pour sonder l’intérieur des pyramides pour découvrir des chambres secrètes. Les muons sont utilisés pour imager de nouveaux matériaux tels que des superconducteurs à haute température, pour étudier les réactions chimiques, pour chercher des armes nucléaires cachées et même pour déterminer des choses aussi délicates que la taille d’un proton.

    Des scientifiques ont même proposé la construction de collisionneurs de muons qui éclipseraient tout collisionneur de protons ou d’électrons traditionnels. Ces machines permettraient de mettre à jour de nouveaux processus, particules et physique que seul le muon pourra détecter.

    « Le muon a quelques surprises de plus en réserve pour nous » déclare Mark Lancaster, professeur à l’University College London. « Restez à l’écoute parce que ce n’est vraiment que le début ».

    Source : Symmetry Magazine

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