Le muon, particule révolutionnaire qui agite le monde de la physique
DECOUVERTE - En physique, la frontière qui sépare la révolution scientifique du cul-de-sac de l’erreur statistique est mince. Particulaire. C’est sur cette ligne de crête que les physiciens qui s’intéressent aux muons randonnent, depuis la...
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DECOUVERTE - En physique, la frontière qui sépare la révolution scientifique du cul-de-sac de l’erreur statistique est mince. Particulaire. C’est sur cette ligne de crête que les physiciens qui s’intéressent aux muons randonnent, depuis la publication ce mercredi de nouveaux résultats tenant en haleine la communauté internationale.
Devant les appareils de mesures des scientifiques du Fermilab, aux États-Unis, le muon, minuscule élément subatomique, cousin de l’électron, a désobéi aux lois du “modèle standard”, la bible théorique qui régit notre compréhension du monde.
Avec son comportement étrange, le muon est une star dans le monde de la physique. Un poids lourd, au sens littéral comme au figuré. Le muon pèse 200 fois plus lourd qu’un électron, plus proche particule semblable. Et surtout, sous le feu des projecteurs, ici le champ magnétique du laboratoire Fermilab, l’élément adopte un comportement totalement différent de ce qui est prévu par le modèle standard, sorte de grande théorie qui régit l’infiniment petit.
Un univers inconnu
Avec la précaution de rigueur dans la profession, les scientifiques s’émeuvent de cette découverte, indice fragile de la présence d’un univers jusqu’ici inconnu dans le monde des atomes. “C’est un peu comme un atterrissage sur Mars, le moment est charnière”, a déclaré Chris Polly, un physicien de Fermilab qui a travaillé toute sa vie sur les muons.
La conférence de presse de Chris Polly et de ses collègues a réuni ce mercredi 5000 scientifiques et curieux du monde entier. L’expérience devait préciser et affirmer des résultats déjà observés il y a 20 ans, lors d’une expérience nommée Muon g-2. L’expérience du Fermilab a une chance sur 40 000 d’être une erreur (sigma 4.1).
Cette probabilité est meilleure que celle obtenue dans les années 2000, mais elle n’est pas encore assez précise pour l’infiniment petit. Dans ce monde scientifique, le seuil d’erreur doit être inférieur à une chance sur 3,5 millions (5 sigma) pour qu’une découverte soit considérée comme significative.
“Aujourd’hui est un jour extraordinaire, attendu depuis longtemps, pas seulement pour nous, mais pour l’ensemble des physiciens du monde entier” a déclaré Graziano Venanzoni, le porte-parole de l’institut national italien de physique nucléaire, qui a collaboré à l’étude.
Qu’en pensent vraiment “les physiciens du monde entier” ? “ S’il s’avère que c’est une nouvelle physique qui est en train de s’ouvrir, je serais très excitée. Je ne suis pas dans la physique des particules, je suis dans un domaine différent, mais avoir des observations qui vont au-delà du modèle standard seraient enthousiasmant, cela permettrait d’avancer parmi la multiplicité des hypothèses qui était formulée pour décrire les anomalies de mesures observées ” détaille Christine Guerlin, enseignante-chercheuse à l’université Paris VI.
Révolution, pas révolution ?
Emile Emery, étudiant à Polytechnique en Master High Energy Physics, met en bon futur chercheur un point d’honneur à ne pas s’emballer : “Des découvertes, il y en a régulièrement. Elles n’ont pas toutes la même portée. Il pourrait simplement s’agir d’une précision en plus sur le modèle existant”. Le même jour, une autre étude sur le muon est sortie dans Nature. Elle rapporte que les anomalies mesurées pourraient être dues à d’autres facteurs, prédits par le modèle standard.
Révolution, pas révolution ? La science n’a toujours pas tranché, mais les éléments intrigants s’accumulent. Il y a deux semaines, une autre étude sur le muon, mené cette fois-ci à Genève au Cern démontre qu’un autre aspect de son comportement, la désintégration, ne respecte pas le modèle standard de la physique,
“Nous sommes à la fois excités, mais aussi très prudents”, explique Marie-Hélène Schune, physicienne qui a participé à l’étude du CERN. Il y a deux semaines, le séminaire qu’elle a organisé pour présenter ces résultats a aussi fait carton plein. Le muon et ses comportements étranges font salle comble. Mais ici aussi le doute subsiste sur une erreur statistique. La signification de l’expérience n’est que 3,1 sigma, c’est moins que l’expérience menée aux États-Unis.
D’autres études sont en cours, mais le processus de vérification des anomalies constatées est très long. Dans le cas de la désintégration du muon, l’événement étrange que Marie-Hélène Schune a enregistré ne se produit qu’une fois sur des millions d’essais. Il faut donc répéter des millions et des millions de fois l’opération pour vérifier s’il ne s’agit pas d’une erreur. De nouvelles études devraient être publiées cette année par le Cern, précise la chercheuse.
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