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  • Muons, Quarks, Neutrinos et Histoires de familles

    Posté le 11 juin 2012

    Le muon est l’une des 16 particules fondamentales qui composent l’Univers visible (toute la matière, toutes les forces, toute l’énergie). Ces particules existent dans leur propre communauté microscopique. Il y a les quarks qui se serrent les coudes; les neutrinos, loups solitaires qui ne font que passer; les leptons chargés antisociaux qui aiment avoir leur propre espace; et les bosons diplomatiques, médiateurs de chaque interaction.

    Pour déchiffrer la dynamique de cette communauté, les scientifiques utilisent les muons pour étudier les comportements et caractéristiques des particules. Ils pensent que les muons pourraient nous aider à éclairer la relation entre les familles (ou générations) de la matière.

    La matière est divisée en 3 générations. Chaque quark est jumelé avec un autre quark correspondant : up/down, charm/strange, top/bottom. Et chaque lepton chargé a un ami neutrino qui l’accompagne : l’électron a le neutrino électron, le muon a le neutrino muon et le tau a le neutrino tau.

    Dans le monde des quarks, un membre d’une famille peut facilement se transformer en un autre. Chaque fois qu’un atome subit une désintégration beta, dans laquelle un neutron se transforme en proton, un quark « down » se transforme en quark « up ».

    Certains quarks se transforment en quarks qui ne sont pas de leur famille. Le quark « strange », par exemple, se désintègre presque toujours en un quark « up » plus léger qui n’est pas de la même famille.

    A la fin des années 1990, les scientifiques ont découvert les quarks n’étaient pas les seuls à subir cette transformation. Les neutrinos font la même chose.

    « Les quarks le font, les neutrinos le font… Est-ce que les muons le font aussi ? » demande Bob Bernstein, un physicien expérimental du Fermilab. « Nous pensons que c’est possible, mais nous ne savons vraiment pas »

    Bernstein est le co-porte parole de Mu2e, une expérience qui cherche des transformations muon vers électron dans lesquelles les muons agissent comme les quarks en changeant de famille lors de leur désintégration en particules plus légères.

    « Normalement, un muon se désintègre en électron, neutrino muon et neutrino anti-électron » explique Bernstein. « Même si le muon n’existe plus après cette désintégration, le neutrino muon préserve sa, euh, muon-itude. Mais si aucun neutrino ne sont produits et que le muon se transforme proprement en électron, alors sa muonitude est perdue ».

    Plusieurs expériences autour du monde sont conçues pour déterminer la dynamique familiale des leptons chargés. Comprendre cette relation ne nous donnera pas seulement un aperçu des relations entre les particules du Modèle Standard, mais pourrait révéler de nouvelles particules et de nouveaux processus.

    « Nous ne savons vraiment pas ce qu’il se passe au niveau le plus fondamental » déclare Lancaster, un collaborateur de l’expérience japonaise COMET, qui cherche des transformations muon vers électron. « Si nous n’observons pas cette transformation, il pourrait y avoir quelque chose qui empêche les muons de se transformer en électrons, une sorte de symétrie incassable. Mais si nous l’observons, il pourrait y avoir de nouvelles particules médiatrices de nouveaux processus. Tout est possible, mais nous ne le saurons pas tant que nous ne testerons pas ça expérimentalement ».

    Selon Bernstein, « Si nous découvrons que ce changement est possible, alors nous apprendrons quelque chose de basique sur l’Univers : que toutes les particules fondamentales se comportent de la même manière. Mais si cette conversion n’est pas possible, si nous ne voyons pas de muons se transformer en électrons, alors nous apprendrons que nous sommes plus ignorants que nous le pensions ».

    Source : Symmetry Magazine

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