LHCb découvre une asymétrie matière-antimatière

Une nouvelle observation de l’expérience LHCb montre que les quarks Charm se comportent différemment de leurs antiparticules

Avec une certitude statistique de 99,9999%, les scientifiques de LHCb ont observé une différence entre les désintégrations de particules de matière et d’antimatière contenant des quarks Charm. 

Cette découverte pourrait nous aider à expliquer pourquoi nous vivons dans un univers dominé par la matière et pourquoi l’antimatière semble avoir presque totalement disparue.

Toutes les structures de notre univers sont faites de matière

L’antimatière est presque identique à la matière, sauf que ses propriétés de charge électrique et magnétique sont inversées. Des études de précision sur les atomes d’antihydrogène, par exemple, ont montré que leurs caractéristiques sont identiques à celles des atomes d’hydrogène au-delà de la milliardième décimale.

La matière et l’antimatière ne peuvent pas coexister dans le même espace car si elles entrent en contact elles s’annulent. Cette nature égale mais opposée de la matière et de l’antimatière pose un casse-tête aux cosmologistes, qui partent du principe que la même quantité de matière et d’antimatière aurait dû exploser lors de la naissance de notre univers. Mais si cela est vrai, toute cette matière et cette antimatière devraient s’être annihilées, ne laissant que de l’énergie.


Les physiciens des particules recherchent des différences infimes entre la matière et l’antimatière, qui pourraient aider à expliquer pourquoi la matière l’a emporté sur l’antimatière dans l’univers primordial.

A cause des lois de la mécanique quantique, nous ne pouvons pas prédire en quoi chaque particule instable va se décomposer, mais nous pouvons déterminer la probabilité pour chaque résultat possible

La nouvelle étude LHCb a examiné les désintégrations de particules constituées de deux quarks. Une version de cette particule (appelée D0 par les scientifiques) contenait un quark charm et la version antimatière du quark up, appelée quark anti-up. L’autre version contenait l’inverse, un quark up et un quark anti-charm.

Les scientifiques de l’expérience LHCb ont identifié des dizaines de millions de particules à la fois D0 et anti-D0 et ont compté combien de fois chacune se transformait en un ensemble de sous-produits (une paire de particules appelées pions) par rapport à un autre ensemble possible (une paire de particules appelées kaons).

Toutes choses étant égales par ailleurs, le rapport entre ces deux résultats possibles aurait dû être identique pour les particules D0 et anti-D0. Mais les scientifiques ont constaté que les deux ratios différaient d’environ un dixième de pourcent – preuve que ces  particules ne sont pas totalement interchangeables : elles ont peut-être l’air presque identiques de l’extérieur, mais elles se comportent différemment.

L’idée que la matière et l’antimatière se comportent légèrement différemment n’est pas nouvelle et a déjà été observée dans des études de particules contenant des quarks Strange et des quarks Bottom. La particularité de cette étude est que c’est la première fois que cette asymétrie est observée dans des particules contenant des quarks Charm.

Des expériences précédentes (dont BaBar, Belle et CDF) avaient tenté de faire la même mesure, mais n’avaient pas permis de collecter suffisamment de données pour en tirer un résultat aussi subtil. L’énorme quantité de données générées depuis le début du cycle 2 du LHC, combinée à l’introduction de méthodes plus avancées de marquage des particules d’intérêt, a permis aux scientifiques de collecter suffisamment de particules de matière et d’antimatière D0 pour enfin voir ces différences de décomposition sans l’ombre d’un doute

La prochaine étape consiste à voir comment cette mesure correspond aux modèles théoriques, qui sont encore un peu flous sur cette prévision.

Les théoriciens devront déterminer si le modèle standard peut expliquer cela

Source : Symmetry Magazine



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