La Bible de la physique des particules est en train de mourir pour une mise à niveau. Et les physiciens ont peut-être exactement ce qu'il faut: certaines particules et forces peuvent se regarder dans le miroir et ne pas se reconnaître. Cela, en soi, enverrait le soi-disant modèle standard dans une chute libre.
Presque toutes les réactions fondamentales entre les particules subatomiques de l'univers se ressemblent lorsqu'elles sont retournées dans un miroir. L'image miroir, appelée parité, est alors dite symétrique, ou avoir une symétrie de parité, en physique.
Bien sûr, tout le monde ne suit pas les règles. Nous savons que, par exemple, les réactions impliquant la faible force nucléaire, qui est également étrange pour toute une série d'autres raisons, violent la symétrie de parité. Il va donc de soi que d'autres forces et particules dans le monde quantique sont également des briseurs de règles dans ce domaine.
Les physiciens ont des idées sur ces autres réactions hypothétiques qui ne se ressembleraient pas dans le miroir et violeraient donc la symétrie de parité. Ces réactions étranges pourraient nous orienter vers une nouvelle physique qui pourrait nous aider à dépasser le modèle standard de la physique des particules, notre résumé actuel de tout ce qui est subatomique.
Malheureusement, nous ne verrons jamais la plupart de ces réactions étranges dans nos briseurs d'atomes et nos laboratoires. Les interactions sont tout simplement trop rares et faibles pour être détectées avec nos instruments, qui sont réglés sur d'autres types d'interactions. Mais il pourrait y avoir de rares exceptions. Les chercheurs du plus grand briseur d'atomes du monde, le Large Hadron Collider (LHC), situé près de Genève, ont recherché ces interactions rares. Jusqu'à présent, ils sont venus les mains vides, mais même ce résultat est éclairant. Ces résultats négatifs aident à éliminer les hypothèses infructueuses de la considération, permettant aux physiciens de se concentrer sur des voies plus prometteuses dans la chasse à la nouvelle physique.
Miroir miroir sur le mur
L'un des concepts les plus importants de toute la physique est celui de la symétrie. On pourrait même raisonnablement soutenir que les physiciens ne sont que des chasseurs de symétrie. Les symétries révèlent les lois fondamentales de la nature qui régissent le fonctionnement le plus intime de la réalité. La symétrie est un gros problème.
Alors c'est quoi? Une symétrie signifie que si vous modifiez un élément dans un processus ou une interaction, le processus reste le même. Les physiciens disent ensuite que le processus est symétrique par rapport à ce changement. Je suis délibérément vague ici parce qu'il existe de nombreux types de symétrie différents. Par exemple, parfois vous pouvez modifier le signe des charges sur les particules, parfois vous pouvez exécuter des processus en avant ou en arrière dans le temps, et parfois vous pouvez exécuter une version miroir du processus.
Ce dernier, regardant un processus dans le miroir, s'appelle la symétrie de la parité. La plupart des interactions subatomiques en physique vous donnent exactement le même résultat, qu'elles se fassent juste devant vous ou dans le miroir. Mais certaines interactions violent cette symétrie, comme la faible force nucléaire, surtout lorsque des neutrinos sont produits dans des interactions impliquant cette force.
Les neutrinos tournent toujours "en arrière" (en d'autres termes, l'axe de leurs points de rotation s'éloigne de leur direction de mouvement), tandis que les antineutrinos tournent "en avant" (leur axe de points de rotation tout droit lorsqu'ils volent). Cela signifie qu'il existe des différences très subtiles dans le nombre de neutrinos et d'antineutrinos produits lorsque vous exécutez une expérience régulière, par rapport à une expérience inversée qui repose sur la faible force nucléaire.
Miroirs cassés
À notre connaissance, la faible force nucléaire et la faible force nucléaire violent à elles seules la symétrie de la parité. Mais ce n'est peut-être pas seul.
Nous savons que la physique au-delà de ce que nous comprenons actuellement doit exister. Et certaines de ces idées et concepts hypothétiques violent également la symétrie de la parité. Par exemple, certaines de ces théories prédisent des asymétries subtiles dans des interactions par ailleurs normales qui impliquent les types de particules que le LHC examine généralement.
Bien sûr, ces idées hypothétiques sont exotiques, complexes et très difficiles à tester. Et dans de nombreux cas, nous ne savons pas exactement ce que nous recherchons.
Le problème est que si nous savons que notre conception actuelle du monde des particules, appelée le modèle standard, est incomplète, nous ne savons pas où chercher son remplacement. De nombreux physiciens espéraient que le LHC révélerait quelque chose - une nouvelle particule, une nouvelle interaction, quoi que ce soit - qui nous dirigerait vers quelque chose de nouveau et d'excitant, mais jusqu'à présent, toutes ces recherches ont échoué.
Beaucoup des anciennes théories avant-gardistes pour ce qui est au-delà du modèle standard (comme la supersymétrie) sont lentement exclues. C'est là que la violation de la parité-symétrie peut être utile.
Presque toutes les extensions hypothétiques courantes du modèle standard incluent la limitation selon laquelle seule la force nucléaire faible viole la symétrie de parité. (Cela est intégré dans les mathématiques fondamentales des modèles, au cas où vous vous demanderiez comment cela fonctionne.) Cela signifie que des concepts tels que la supersymétrie, les axions et les leptoquarks gardent tous cette symétrie se brisant exactement là où elle est, et nulle part ailleurs.
Mais regardez, les amis, si ces extensions courantes ne se prolongent pas, il est peut-être temps d'élargir nos horizons.
Décoller la parité
Pour cette raison, une équipe de chercheurs a recherché des violations de parité dans un cache de données publiées par l'expérience Compact Muon Solenoid (CMS) au LHC; ils ont détaillé leurs résultats dans une étude publiée le 29 avril sur le serveur de préimpression arXiv. C'était une recherche assez délicate, car le LHC n'est pas vraiment configuré pour rechercher des violations de parité. Mais les chercheurs ont intelligemment trouvé un moyen de le faire en examinant les restes dans les interactions entre les autres particules.
Résultat: aucun indice de violation de parité n'a été trouvé. Hourra pour le modèle standard (encore). Bien qu'il soit un peu décevant que cette recherche n'ouvre pas une nouvelle frontière de la physique, elle aidera à clarifier les recherches futures. Si nous continuons à chercher et ne révélons toujours aucune preuve de violation de la parité en dehors de la force nucléaire faible, nous savons que tout ce qui se situe au-delà du modèle standard doit avoir certaines des mêmes structures mathématiques que cette théorie du pilier et permettre uniquement à la force nucléaire faible de regardez différent dans le miroir.
