Des résultats récents de la recherche au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) du Cern à Genève suggèrent que nous pourrions nous approcher de signes de physique non découverte. Si confirmées, ces indications renverseraient le Modèle Standard - la théorie qui domine la physique des particules depuis 50 ans. Les résultats suggèrent que la manière dont certaines particules subatomiques se comportent dans le LHC est en désaccord avec le Modèle Standard.

Les particules fondamentales sont les éléments de base les plus simples de la matière - des particules subatomiques qui ne peuvent être divisées en unités plus petites. Les quatre forces fondamentales - la gravité, l'électromagnétisme, la force faible et la force forte - régissent la façon dont ces particules interagissent. Le LHC est un accélérateur de particules géant construit dans un tunnel circulaire de 27 km sous la frontière franco-suisse. Son but principal est de trouver des fissures dans le Modèle Standard, qui est notre meilleure compréhension des particules et forces fondamentales mais n'explique ni la gravité ni la matière noire - le type de matière invisible et non mesurée qui constitue environ 25 % de l'univers.

Dans le LHC, des faisceaux de protons voyageant dans des directions opposées sont mis en collision, dans le but de découvrir des indices de physique non découverte. Les nouveaux résultats proviennent de LHCb, une expérience au Grand Collisionneur de Hadrons où ces collisions sont analysées. Le résultat vient de l'étude de la désintégration - une sorte de transformation - de particules subatomiques appelées mésons B. Nous avons étudié comment ces mésons B se désintègrent en d'autres particules, constatant que la manière particulière dont cela se produit est en désaccord avec les prédictions du Modèle Standard.

Le Modèle Standard repose sur deux des avancées les plus transformatrices de la physique du 20e siècle : la mécanique quantique et la relativité restreinte d'Einstein. Les physiciens peuvent comparer les mesures effectuées dans des installations comme le LHC avec les prédictions basées sur le Modèle Standard pour tester rigoureusement la théorie. Malgré le fait que nous sachions que le Modèle Standard est incomplet, après plus de 50 ans de tests de plus en plus rigoureux, les physiciens des particules n'ont encore trouvé aucune fissure dans la théorie - c'est-à-dire, potentiellement, jusqu'à maintenant.

Notre mesure, acceptée pour publication dans Physical Review Letters, montre une tension de quatre écarts types par rapport aux attentes du Modèle Standard. En termes concrets, cela signifie qu'après avoir pris en compte les incertitudes des résultats expérimentaux et des prédictions théoriques, il n'y a qu'une chance sur 16 000 qu'une fluctuation aléatoire aussi extrême des données se produise si le Modèle Standard est correct. Bien que cela soit en deçà du gold standard de la science - ce qu'on appelle cinq sigma, ou cinq écarts types (environ une chance sur 1,7 million) - les preuves commencent à s'accumuler.

Ajoutant à ce récit convaincant, les résultats d'une expérience indépendante du LHC, CMS, publiés plus tôt en 2025. Bien que les résultats de CMS ne soient pas aussi précis que ceux de LHCb, ils concordent bien, renforçant le dossier. Nos nouveaux résultats ont été trouvés dans une étude d'un type particulier de processus, connu sous le nom de désintégration de pingouin électrofaible. Le terme « pingouin » fait référence à un type spécifique de désintégration (transformation) de particules à courte durée de vie. Dans ce cas, nous étudions comment le méson B se désintègre en quatre autres particules subatomiques - un kaon, un pion et deux muons. Avec un peu d'imagination, on peut visualiser l'arrangement des particules impliquées comme ressemblant à un pingouin. Crucialement, les mesures de cette désintégration nous permettent d'étudier comment un type de particule fondamentale, un quark beauté, peut se transformer en un autre, le quark étrange.

Cette désintégration de pingouin est incroyablement rare dans le Modèle Standard : pour chaque million de mésons B, un seul se désintègre de cette manière. Nous avons soigneusement analysé les angles et les énergies auxquels ces particules sont produites dans la désintégration, et déterminé précisément la fréquence du processus. Nous avons constaté que nos mesures de ces quantités sont en désaccord avec les prédictions du Modèle Standard.

Les investigations précises de désintégrations comme celle-ci sont l'un des principaux objectifs de l'expérience LHCb, et ce depuis