Les physiciens recherchent une particule insaisissable qui oscille dans les deux sens, et s'ils la trouvent, cela pourrait expliquer plusieurs résultats bizarres trouvés dans les briseurs d'atomes du monde entier.
En physique moderne, la matière est divisée à son niveau le plus élémentaire en deux types de particules: d'une part, les quarks, qui se lient le plus souvent pour former des protons et des neutrons, qui constituent à leur tour les noyaux des atomes. D'un autre côté, ce sont les leptons. Ceux-ci incluent tout le reste avec une masse - des électrons communs aux muons et taus les plus exotiques, aux neutrinos faibles et presque indétectables. Dans des circonstances normales, ces particules adhèrent principalement à leur propre type; les quarks interagissent principalement avec d'autres quarks et les leptons avec d'autres leptons.
Mais les physiciens soupçonnent qu'il y a plus de particules là-bas. Beaucoup plus. Et l'une de ces classes de particules proposées s'appelle le leptoquark. S'ils existent, les leptoquarks combleraient l'écart entre les leptons et les quarks, se couplant avec les deux sortes de particules. Personne n'a jamais trouvé de preuves directes de l'existence de leptoquarks, mais les chercheurs ont des raisons de soupçonner qu'ils existent. En septembre, des expérimentateurs du Large Hadron Collider (LHC) ont publié les résultats de plusieurs expériences dans le journal de préimpression arXiv conçues pour prouver ou réfuter leur existence.
"Les leptoquarks sont devenus l'une des idées les plus alléchantes pour étendre nos calculs, car ils permettent d'expliquer plusieurs anomalies observées", a déclaré Roman Kogler, physicien au LHC, dans un communiqué.
Quelles sont exactement ces anomalies? Les expériences passées au LHC, au Fermilab et ailleurs ont donné des résultats étranges, avec plus «d'événements» où des particules ont été créées que les théories dominantes de la physique ne l'avaient prévu. Les leptoquarks, qui se décomposeraient en averses d'autres particules peu après leur création, pourraient expliquer ces événements supplémentaires.
Pour chasser le leptoquark, les chercheurs du LHC passent au crible d'énormes volumes de données. Le LHC écrase des protons à des énergies extrêmement élevées, et l'espoir qu'au fil du temps des schémas émergeront dans les données de ces collisions qui montreraient que les leptoquarks de temps en temps, apparaissent brièvement dans cet incendie créatif.
Jusqu'à présent, les articles récemment publiés n'ont exclu que certains types de leptoquarks, montrant que les leptoquarks qui lieraient les leptons aux quarks à des niveaux d'énergie particuliers - n'ont pas encore émergé. Mais il y a encore de larges gammes d'énergie à explorer.
Yiming Zhong, physicien à l'Université de Boston et co-auteur principal d'un article théorique d'octobre 2017 publié dans le Journal of High Energy Physics intitulé The Leptoquark Hunter's Guide, a déclaré que bien qu'il soit excitant de voir des chercheurs du LHC chasser des leptoquarks, il pense que leur vision de la particule de multi-couplage est trop étroite.
Les physiciens des particules divisent les particules de matière non seulement en leptons et en quarks, mais aussi en catégories qu'ils appellent «générations». Les quarks haut et bas, ainsi que l'électron et le neutrino électronique, sont des quarks et des leptons de "première génération". La deuxième génération comprend le charme et les quarks étranges, ainsi que les muons et les neutrinos à muons. Et les quarks supérieurs, les quarks inférieurs, les neutrinos taus et tau constituent la troisième génération, selon le CERN, l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, qui exploite le LHC. Les particules de première génération sont plus légères et plus stables, tandis que les deuxième et troisième générations sont plus massives et ont une durée de vie plus courte.
Les recherches de leptoquark publiées par le LHC supposent toutes que les leptoquarks suivent des règles générationnelles qui régissent les particules connues. Un leptoquark de troisième génération pourrait s'accoupler avec un tau et un quark inférieur. Une deuxième génération pourrait s'accoupler avec un muon et un étrange quark. Etc.
Mais Zhong a déclaré à Live Science que toute chasse au leptoquark complète doit supposer que des "leptoquarks multigénérationnels" pourraient être là-bas, se balançant sauvagement peut-être des électrons de première génération aux quarks inférieurs de troisième génération. Il a déclaré avoir entendu des rumeurs selon lesquelles les chercheurs étaient prêts à entreprendre une telle recherche, mais qu'aucun des articles encore publiés par le LHC ne reflétait cette ouverture à la possibilité.
En attendant, les leptoquarks pourraient être là, se couplant brièvement avec les particules qu'ils choisissent avant de disparaître en un éclair. Ou ils pourraient ne pas. Pour l'instant, la chasse aux leptoquark est toujours en cours.
