De nouveaux résultats autour du muon, particule élémentaire, ébranlent un peu plus nos connaissances sur les lois de l'Univers

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Plus de quinze ans que les physiciens du monde entier attendaient les résultats d'une expérience du FermiLab, qui passe au crible depuis 2018, dans un accélérateur de particules, ce que l'on appelle des muons. Dévoilées mercredi 7 avril 2021, les premières données confirment ce dont on se doutait depuis le début des années 2000 : il y a bien quelque chose qui nous échappe avec cette particule élémentaire, qui pourrait être la clé de bien des mystères en physique.

Il y a près d’une vingtaine d’années, l’obtention d’une mesure de précision a eu l’effet d’une petite bombe dans le monde de la physique : celle d'une valeur associée à cette particule élémentaire qu'est le muon, à savoir son "moment magnétique anomal" ("anomal", comme dans "anomalie" ; on y revient un peu plus bas). En effet, celle-ci ne collait pas avec les prédictions du modèle standard. En somme, la théorie et la pratique étaient en désaccord, laissant supposer qu’une possible "nouvelle physique" demandait encore à être découverte. Pour les physiciens, repérer une faille dans le modèle standard est à la fois excitant, déroutant et… frustrant. Il est formidable de constater qu’on a peut-être loupé quelque chose, mais encore faut-il comprendre quoi !

Depuis tout ce temps donc, les physiciens s’échinent à éclaircir l’énigme du moment magnétique des muons, notamment dans le cadre d’une expérience portant le nom de "Muon g-2", menée depuis 2018 au laboratoire FermiLab, dans l’Illinois, aux États-Unis. En réalité, cette expérience n’est autre que la copie améliorée - disons la prolongation - d’une précédente menée au Brookhaven National Laboratory, toujours aux États-Unis, entre 1997 et 2001. Celle-là même qui avait permis de constater le "hic" avec le moment magnétique des muons, dont la mesure précise fut plus élevée qu’attendu. Mercredi 7 avril 2021, l’équipe de Muon g-2, composée de 200 chercheurs des quatre coins du monde, a enfin livré ses … qui confirment ceux de Brookhaven : il y a bien un écart (de 0,0025 % certes, mais un écart tout de même) entre la mesure expérimentale du moment magnétique des muons et la théorie élaborée à partir du modèle standard.

Le muon, un toupie aimantée

Avant de rentrer un peu plus dans les détails, il est sans doute nécessaire de revenir sur quelques notions. En tête : qu’est-ce donc que ce moment magnétique, dit "anomal", du muon ? Remontons d’abord un peu le temps. En 1936, le muon, particule de type fermion qui a sensiblement l[...]

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