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Selon le Modèle Standard, l’Univers est régi par quatre interactions élémentaires : l’électromagnétisme, les interactions nucléaires faible et forte, et la gravité. Pour les trois premières, des particules médiatrices, les bosons, ont été identifiées. Quant à la gravité, l’existence d’un potentiel graviton fait encore débat. Mais le Modèle Standard pourrait ne pas être complet. C’est ce que propose une équipe de physiciens hongrois dont les résultats expérimentaux récents suggèrent, selon leur analyse, qu’il pourrait exister une cinquième force fondamentale. En 2016, l’équipe avait déjà mis en évidence certains indices expérimentaux concernant un potentiel cinquième boson élémentaire.

La même équipe a maintenant observé un deuxième exemple de cette potentielle cinquième force élémentaire et de la particule — baptisée X17 — qui la transporte. Si la découverte est confirmée, en savoir plus sur X17 pourrait nous permettre de mieux comprendre les forces qui régissent notre univers, mais pourrait également aider les physiciens à résoudre le problème de la matière noire. Cependant, ces derniers résultats n’ont pas encore été validés par les pairs, ils doivent donc être pris avec une extrême précaution.

Attila Krasznahorkay et ses collègues de l’Institut de recherche nucléaire de Hongrie ont suspecté quelque chose d’étrange en 2016, après avoir analysé la façon dont un atome de béryllium-8 excité émet de la lumière lorsqu’il se désintègre. Si cette lumière est suffisamment énergétique, elle se transforme en un électron et un positron, qui s’éloignent les uns des autres selon un angle prévisible.

Une anomalie statistique dans l’angle de séparation des particules

Sur la base de la loi de conservation de l’énergie, à mesure que l’énergie de la lumière produisant les deux particules augmente, l’angle entre elles devrait diminuer. Statistiquement parlant, au moins. Mais, ce n’est pas tout à fait ce que Krasznahorkay et son équipe ont vu. Parmi les différents angles observés, il y avait une augmentation inattendue du nombre d’électrons et de positrons se séparant à un angle de 140 degrés.

angles beryllium

Dans leur expérience concernant le béryllium-8, les chercheurs ont trouvé un nombre anormal de paires de particules se séparant selon un angle de 140° (corrélation angulaire). Crédits : A.J. Krasznahorkay et al. 2019

L’étude semblait suffisamment sérieuse et a rapidement attiré l’attention d’autres chercheurs du monde entier, qui ont suggéré qu’une toute nouvelle particule pourrait être responsable de l’anomalie. Et ses caractéristiques suggéraient qu’il devait s’agir d’un type complètement nouveau de boson fondamental.

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Ce nouveau boson ne peut pas être l’un des bosons fondamentaux déjà connus, considérant sa masse distinctive de 17 mégaélectronvolts (MeV) — soit environ 33 fois celle d’un électron, et à sa durée de vie très brève (10-14 secondes).

Toutes ces données semblent donc indiquer l’existence d’une cinquième force. Cependant, la découverte d’une nouvelle particule, et a fortiori d’un nouveau boson, nécessite plusieurs examens minutieux et une répétabilité expérimentale avant d’être annoncée.

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De nouveaux indices expérimentaux concernant une potentielle cinquième force fondamentale

Pour ce faire, l’équipe de Krasznahorkay a décidé de traquer ce potentiel nouveau boson dans une autre expérience, passant de la désintégration du béryllium-8 à un changement de l’état d’un noyau d’hélium excité.

Semblablement à leur découverte précédente, les chercheurs ont trouvé des paires d’électrons et de positrons se séparant à un angle qui ne correspond pas aux modèles actuellement acceptés. Cette fois, le nombre était plus proche de 115 degrés.

angles helium

Dans leur nouvelle expérience impliquant un noyau d’hélium excité, les chercheurs ont de nouveau observé une corrélation angulaire anormale concernant les paires d’électron-positron, mais cette fois-ci d’environ 115°. Crédits : A.J. Krasznahorkay et al. 2019

L’équipe a calculé que le noyau de l’hélium aurait également pu produire un boson éphémère d’une masse d’un peu moins de 17 mégaélectronvolts. Alors que l’expérience de 2016 a été acceptée dans la très sérieuse revue Physical Review Letters, cette dernière étude n’a pas encore été évaluée par les pairs. Elle est toutefois disponible en libre accès sur le serveur de pré-publication arXiv.

De nombreuses autres expériences, notamment effectuées par des équipes indépendantes, devront être menées, et les résultats initiaux devront être corroborés, avant de pouvoir faire une quelconque annonce officielle.

Les résultats obtenus par l’équipe de Krasznahorkay sont encore loin d’être suffisants. Toutefois, si la découverte d’un cinquième boson venait à se confirmer, cela pourrait annoncer une révolution dans le domaine de la matière noire. Un certain nombre d’expériences sur la matière noire recherchant effectivement un pic à 17 MeV.

Sources : arXiv

cinquieme force

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