Demandez à Ethan: Est-il vrai que la preuve de l'existence d'une nouvelle et cinquième interaction est obtenue?

Modèle d'un accélérateur utilisé pour bombarder le lithium dans une expérience clé. Situé à l'entrée de l'Institut de recherche nucléaire de l'Académie hongroise des sciences.

Le modèle standard de la physique des particules élémentaires - les particules et leurs interactions, décrivant tout ce que nous avons jamais créé ou entré en collision en laboratoire - étonnamment bien faire face à la prédiction de tout ce qui est visible dans nos expériences. De la matière à l'antimatière, de la synthèse à la fission, des particules sans masse aux particules les plus lourdes, ces règles fondamentales ont passé tous les tests expérimentaux. Mais peut-être qu'un phénomène inattendu se cache dans les traces de désintégration radioactive. Notre lecteur hongrois veut savoir:

L'actualité de l'ouverture de la cinquième interaction en Hongrie est très largement couverte. Je serais intéressé de connaître votre point de vue sur cette question. Pensez-vous que cela soit vrai ou êtes-vous sceptique?

Si vous avez rencontré des rapports sur la découverte de la cinquième interaction, l'expérience en question est basée sur un isotope extrêmement instable: le béryllium-8.



Si nous parlons de la matière constitutive, la partie la plus importante du puzzle est probablement cet isotope. Notre Soleil, et presque toutes les étoiles, reçoivent de l'énergie en synthétisant de l'hélium à partir de l'hydrogène, en particulier de l'hélium-4, avec deux protons et deux neutrons. Aux derniers stades de la vie, le cœur du Soleil, rempli d'hélium, se rétrécira et se réchauffera, et tentera de créer des éléments encore plus lourds. Si vous combinez deux noyaux d'hélium-4, vous pouvez obtenir un noyau avec quatre protons et quatre neutrons: le béryllium-8. Le seul problème est l'instabilité extrême du béryllium-8, qui, après 10 ^-17 s, se décompose en deux hélium-4. Ce n'est que dans les noyaux des géantes rouges que la densité de la matière est suffisamment élevée pour qu'il soit possible d'ajuster le troisième noyau d'hélium-4 dans le temps et de créer du carbone-12 et de construire avec succès des éléments de plus en plus lourds.



Sinon, comme dans toutes les expériences de laboratoire, le béryllium-8 se décompose simplement en deux noyaux d'hélium. Mais nos technologies expérimentales sont très sophistiquées, et même dans les courts moments de sa vie, nous pouvons non seulement créer du béryllium-8 d'une autre manière (bombardant du lithium-7 avec des protons), mais aussi le créer dans un état excité dans lequel, avant de se désintégrer, il émettra un photon de haute énergie. Ce photon aura suffisamment d'énergie pour pouvoir se désintégrer en une paire électron / positron - ce qui se produit avec tous les photons d'énergies suffisamment élevées. En mesurant l'angle relatif entre l'électron et le positron, vous vous attendez à ce qu'il soit plus petit, plus l'énergie photonique est grande. Cela découle des lois de conservation de l'énergie et de l'élan, mélangées à de petites variables aléatoires en fonction de l'orientation de la décroissance.



Mais l'équipe hongroise dirigée par Atilla Krasnakhorkai n'a rien trouvé du tout. Avec un angle croissant, la fraction d'électrons et de positrons devrait diminuer. Mais les scientifiques ont trouvé une augmentation relative inattendue à un angle de 140 degrés, ce qui peut signifier beaucoup. Par exemple:

• Une erreur dans l'expérience lorsqu'elle est mesurée non pas un signal, mais autre chose.
• Une erreur d'analyse lors de l'application de la mauvaise tranche (vous décidez quelles données valent la peine d'être laissées et quelles informations seront des bruits polluants inutiles dont vous devez vous débarrasser).
• Si le résultat est fiable, cela peut indiquer l'existence d'une nouvelle particule: soit une particule composite constituée de particules d'un modèle standard, ou, plus intéressant, une toute nouvelle, fondamentale.

Les données semblent plutôt bonnes. Bien sûr, la même équipe hongroise a annoncé la découverte d '«irrégularités» dans les désintégrations de béryllium-8 excité, mais pas avec un tel degré de signification - 1 chance sur 10 ¹¹ qu'il s'agit d'un hasard statistique (6,8-σ) - et pas avec une telle nombre d'événements: des centaines d'événements dans de nombreux canaux en arrière-plan. Seule une particule instable massive se désintégrerait avec un angle de diffusion différent de celui des particules sans masse (photons) attendues dans cette expérience - et c'est toujours l'explication principale de la «rugosité» du graphique à un angle de 140º. Si cela s'avère vrai. Krasnakhorkai exprime une grande confiance dans son résultat, mesuré à l'aide d'un équipement entièrement mis à jour par rapport à leurs expériences précédentes.



Le résultat peut ne pas être justifié; il peut ne pas être possible de reproduire; cela peut être une erreur d'expérience. C'est la meilleure partie, mais aussi le fardeau du travail scientifique: même les résultats les plus fiables et les plus révolutionnaires doivent être confirmés de manière indépendante. Mais s'il s'agit d'une nouvelle particule, elle peut tout changer. L'énergie de repos d'une particule - 17 MeV / c ² - est très intéressante. Son spin est de 1, ce qui indique qu'il s'agit d'un boson (ou quelque chose de similaire). Il se déplace sur une distance suffisamment grande pour mesurer sa durée de vie, ^10-14 secondes - ce qui nous dit qu'il s'agit d'une décroissance faible et non électromagnétique - c'est-à-dire qu'il s'agit d'un état non lié de leptons. Ce ne peut pas être une combinaison de deux quarks, car il est trop léger - sinon il devrait être 10 fois plus lourd. S'il s'agit d'une vraie particule, il s'agit très probablement d' un type de particules complètement nouveau qui ne fait pas partie du modèle standard.



Cette explication s'applique à tout:

• Cela entraînerait l'apparition d'un tel angle de propagation (140 °) des produits de désintégration, en raison du rapport de sa masse au repos aux masses de l'électron et du positron dans lesquels il se désintègre.
• Cela nous donnerait la première sortie au-delà du modèle standard, qui, à notre avis, devrait exister et que nous n'avons toujours pas trouvé.
• En potentiel, il pourrait même expliquer la valeur anormale du moment magnétique du muon, un parent plus lourd de l'électron.

Mais ce n'est que si la particule existe vraiment. Un résultat de 6,8-σ serait passionnant dans le cas d'une analyse à l'aveugle, mais une équipe de scientifiques a spécifiquement recherché une particule de ce type. En science, il y a une histoire de découvertes de exactement ce que les scientifiques recherchaient, même si en fait cela n'existait pas. Fokke de Boer - qui a mené ces expériences avant Krasnakhorkai - a découvert de telles particules, mais n'a pas pu confirmer et reproduire ses résultats.



Nous savons qu'en dehors du modèle standard, il doit y avoir une nouvelle physique fondamentale, de nouvelles particules et de nouvelles interactions, et peut-être que le premier indice de cela a été découvert dans cette expérience. Mais, répondant à la question du lecteur, je suis en même temps sceptique quant aux résultats et je peux imaginer qu’ils sont réels. La découverte d'un neutrino se déplaçant plus rapidement que la lumière sur OPERA et la découverte du boson de Higgs dans des expériences CMS / ATLAS étaient de la même qualité. Seul le temps et des études supplémentaires détermineront le type de ce nouveau résultat qui pourrait être une particule de matière noire.