Les scientifiques pourraient être sur le point de découvrir la cinquième force de la nature | La physique des particules

Les physiciens ont révélé que la théorie alléchante selon laquelle il pourrait y avoir une cinquième force de la nature a été renforcée par l’oscillation inattendue d’une particule subatomique.

Selon les connaissances actuelles, il existe quatre forces fondamentales dans la nature, dont trois – la force électromagnétique et les forces nucléaires fortes et faibles – sont expliquées par le modèle standard de la physique des particules.

Cependant, le modèle ne tient pas compte de l’autre force fondamentale connue, la gravité ou la matière noire – une substance exotique et mystérieuse dont on pense qu’elle représente environ 27% de l’univers.

Maintenant, les chercheurs ont dit qu’il pourrait y avoir une autre cinquième force fondamentale de la nature.

Le Dr Mitch Patel, de l’Imperial College de Londres, a déclaré: « Nous parlons d’une cinquième force car nous ne pouvons pas nécessairement expliquer le comportement. [in these experiments] Avec les quatre que nous connaissons.

Les données proviennent d’expériences de l’accélérateur de particules américain Fermilab, qui a exploré comment des particules subatomiques appelées muons – similaires aux électrons mais environ 200 fois plus lourdes – se déplacent dans un champ magnétique.

Les muons, dit Patel, se comportent un peu comme la tête d’un bébé tournant autour de l’axe d’un champ magnétique. Cependant, lorsque les muons se déplacent, ils vacillent. La fréquence de cette oscillation peut être prédite par le modèle standard.

Mais les résultats expérimentaux du FermiLab ne semblent pas correspondre à ces attentes.

« L’oscillation est due à la façon dont le muon interagit avec le champ magnétique », a déclaré le professeur John Butterworth de l’University College de Londres, qui travaille sur une expérience ALASH au Large Hadron Collider (LHC) au CERN. « Il peut être calculé très avec précision dans le modèle standard, mais ce calcul implique des boucles. » Quantum, avec des particules connues apparaissant dans ces anneaux.

« Si les mesures ne sont pas conformes à la prédiction, cela pourrait être le signe d’une particule inconnue apparaissant dans les anneaux – qui pourrait, par exemple, être porteuse d’une cinquième force. »

Les résultats font suite à des travaux antérieurs du FermiLab qui a montré des résultats similaires.

Mais Patel a déclaré qu’il y avait une « mouche dans la pommade », notant qu’entre les premiers résultats et les nouvelles données, l’incertitude autour de la prédiction théorique de la fréquence avait augmenté.

Il a dit que cela pourrait changer la situation. « Peut-être que ce qu’ils voient est la pensée scientifique standard – le soi-disant modèle standard », a déclaré Patel.

Il y a d’autres problèmes. Butterworth a déclaré: « Si la divergence est confirmée, nous serons sûrs qu’il y a quelque chose de nouveau et d’excitant, mais nous ne saurons pas tout à fait de quoi il s’agit.

« Idéalement, l’écart informerait de nouvelles idées théoriques qui conduiraient à de nouvelles prédictions – par exemple, comment nous pourrions trouver la particule portant la nouvelle force, si c’est ce qu’elle est. La confirmation finale serait alors de construire Une expérience pour découvrir directement cette particule.

Les expériences au Laboratoire Fermi n’étaient pas les seules à suggérer la possibilité d’une cinquième force : les travaux au LHC ont également produit des résultats alléchants, bien qu’avec un type d’expérience différent examinant la vitesse à laquelle les muons et les électrons sont produits lorsque certaines particules se désintègrent. .

Mais Patel, qui a travaillé sur les expériences du LHC, a déclaré que ces résultats devenaient moins solides.

« Ce sont des expériences différentes, elles mesurent des choses différentes, et il peut y avoir ou non un lien », a-t-il déclaré.

Butterworth a ajouté que la fréquence inattendue des oscillations des muons était l’un des écarts les plus longs et les plus significatifs entre la mesure et le modèle standard.

« La mesure est une grande réussite », a-t-il déclaré, « et il est très peu probable qu’elle se trompe maintenant. » « Donc, si les prédictions de la théorie sont aplaties, cela pourrait vraiment être la première preuve définitive d’une cinquième force – ou quelque chose d’autre d’exotique au-delà du modèle standard. »