LHC-CMS

Boson-W.

 Le modèle standard des particules physiques fait face à une nouvelle difficulté. N’ayant pas été en mesure de prévoir la masse des neutrinos et n’étant pas en mesure d’expliquer toutes les composantes du budget énergétique de l’univers (matière sombre, énergie sombre), le modèle de référence en matière de physique des particules n’en finit pas de recevoir des coups de butoirs. Le dernier en date remonte au 7 avril 2022.

La théorie.

D’après la théorie, le boson W (prédit par Glashow, Salam et Weinberg en 1968, découvert expérimentalement en 1983 par les équipes de Rubbia et van der Meer, et vecteur de l’interaction faible transformant les protons en neutrons et vis-versa) devrait avoir une masse explicable via un mécanisme impliquant le boson de Higgs (découverte annoncée le 04 juillet 2012 et faisant suite aux expériences ATLAS et CMS menées au CERN) se situant autour de 80 GeV/c2, soit environ 80 fois la masse du proton (938,272 MeV/c; rappel : 1 GeV = 1 000 MeV).

Les calculs (compliqués parce qu’ils exigent de tenir compte des interactions avec plusieurs autres particules intermédiaires) mènent à une valeur de 80,357 GeV/c2 ± 6 MeV/c2.

 

Les mesures.

  • En 2012, sa masse est mesurée expérimentalement au Tevatron (Fermilab), et évaluée à 80,385 GeV ± 16 MeV [02].
  • La collaboration LHC-b 2016 a obtenu : 80,354 GeV/c2 ± 31,7 MeV/c2 [01].
  • Les mesures réalisées au CERN en 2018 livrent 80,37 GeV/c2 ± 19 MeV/c2, également compatibles avec la théorie.
  • La collaboration CDF-II (Collider Detector at Fermilab II) vient quant à elle de livrer les résultats de dix années de travail acharné [02]. Il s’agit d’une compilation des observations et mesures réalisées au Fermilab entre 1985 et 2011. Un peu moins de quatre cents chercheurs (54 institutions et 23 pays) ont analysé plus de quatre millions d’événements attribués à la présence d’un boson W, quatre fois plus que lors de l’étude publiée en 2012. Bilan : une précision inégalée (0,01%) et une valeur de (combinaison de diverses mesures, voir l’article [01]) : 80,433 GeV/c2 ± 9 MeV/c2 présentant un écart très significatif avec la prédiction issue de la théorie.

Les conséquences.

Une confrontation avec de nouvelles mesures expérimentales est espérée. Cette nouvelle étude ouvre la porte sur deux issues possibles :

  • L’existence de nouvelles particules rendant compte de l’écart entre la valeur théorique et la valeur mesurée. Bien que cette option soit tout à fait rationnelle et que la démarche consistant à attribuer une différence inexpliquée de masses ait par exemple permis de prédire la vraisemblable existence des neutrinos, elle est fortement critiquée par un courant de pensée dont madame Hossenfelder est un peu la figure de proue ; voir pourquoi dans mon article.  
  • Une remise en cause des fondations du modèle standard de la physique des particules.

Bien qu’elle soit beaucoup plus radicale que la précédente, la seconde alternative trouve sa justification dans la multiplication des expériences livrant des mesures éloignées des prévisions théoriques ou ne trouvant simplement aucun écho dans la théorie actuelle (exemple : la recherche en cours sur la matière sombre).

Exemple de réseau et d'enchevêtrement ...

 

Retour vers le survol des sciences.

Conclusion provisoire ...

Bien que les différences constatées entre le modèle et la réalité puissent apparaître insignifiantes à bien des égards (l’actualité politique anéantit en ce moment sans l’ombre d’un doute l’intérêt qui peut être porté à cette partie des sciences), le modèle se comporte un peu comme une rangée de dominos. La présence d’une erreur à un endroit met en péril le crédit qui peut être accordé à tout l’édifice. Cette affirmation repose sur le fait indéniable que le calcul de la masse de l’une des particules (ici le boson W) fait intervenir les masses des diverses particules avec lesquelles elle a interagi. Si un grain de sable vient se loger dans l’engrenage, tout le mécanisme risque de s’enrayer.

Tout comme les humains, les particules sont toutes interdépendantes les unes avec les autres. Elles échangent de l’information et de l’énergie dans un grand enchevêtrement dont nous avons toutes les peines du monde à comprendre le fonctionnement et l’éventuelle finalité.

© Thierry PERIAT, 30 avril 2022.

Bibliographie indicative.

[01] Measurement of the W boson mass, LHCb-PAPER-2021-024, CERN-EP-2021-170 ; arXiv:2109.01113 [hep-ex] ; CC-BY.

[02] High-precision measurement of the W boson mass with the CDF II detector; CDF Collaboration et al., Science 376, 170-176 (2022), 8 April 2022.

Date de dernière mise à jour : 05/05/2022

  • Aucune note. Soyez le premier à attribuer une note !