Enfoncé sous la frontière franco-suisse, à une vingtaine de kilomètres de Genève, le Grand collisionneur de hadrons du CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire) est la plus grande machine jamais construite pour sonder les constituants fondamentaux de la matière. Dans son gigantesque tunnel circulaire de 27 km, des protons sont propulsés à 99,9 % de la vitesse de la lumière pour s’entrechoquer à des niveaux d’énergie extrêmes, recréant ainsi les densités de matière qui prévalaient quelques fractions de seconde après le Big Bang.
Parmi les débris de ces collisions, les physiciens traquent notamment les mésons B, des particules subatomiques ultra-fugaces dont la désintégration est si rare qu’une seule déviation par rapport aux prédictions théoriques suffit à signaler la présence de quelque chose d’inconnu, hors du cadre du modèle standard. En avril 2026, deux physiciens britanniques ont publié dans la revue Physical Review Letters la mesure la plus précise jamais obtenue sur ce phénomène. De par ces travaux, l’hypothèse que des particules encore inconnues influencent le comportement de la matière à son niveau le plus fondamental devient, pour la première fois, difficile à écarter sur la base des seules données expérimentales.
Le méson B : une désintégration que personne ne sait expliquer
Formulé dans les années 1970, le modèle standard de la physique des particules régit trois des quatre interactions fondamentales de la nature (l’électromagnétisme, la force faible et la force forte), tout en décrivant l’ensemble des particules élémentaires connues. Soit, le comportement de tout ce qui nous entoure, des étoiles à nos propres cellules.
Sa solidité expérimentale est remarquable : en cinquante ans de tests toujours plus exigeants, aucune mesure n’avait réussi à le mettre à mal. Mais cette robustesse a toujours coexisté avec plusieurs lacunes fondamentales ; par exemple, ses équations sont mathématiquement incompatibles avec la relativité générale d’Einstein, ce qui l’empêche de décrire la gravité à l’échelle subatomique. Il ne dit rien non plus de la matière noire, ce composant invisible qui représente environ 27 % de la masse-énergie totale de l’univers et dont on ne connaît l’existence que par ses effets gravitationnels sur les galaxies.
Des lacunes qui restent toutefois théoriques, puisqu’en un demi-siècle, elles n’ont jamais été démontrées expérimentalement ; un écart que l’expérience LHCb tente de combler depuis les premières données de Run 1, la première grande campagne de collecte de données du LHC, menée entre 2011 et 2012.
Le LHCb est un détecteur, l’un des quatre grands instruments installés sur le LHC, qui a été conçu spécifiquement pour étudier les mésons B. Comme expliqué précédemment, ils ne peuvent exister qu’une fraction infime de seconde après leur création avant de se désintégrer spontanément en particules plus légères et plus stables.
La nature de cette désintégration intéresse les physiciens, et plus particulièrement un type appelé désintégration électrofaible en pingouin : un nom pittoresque pour désigner une transformation subatomique d’une extrême rareté, qui ne concerne qu’un méson B sur un million.
En 2015, LHCb a enregistré les premières déviations dans le comportement des mésons B lors de ces désintégrations. Le modèle standard doit normalement prédire à quelle fréquence un méson B devrait se désintégrer selon ce processus rarissime, et dans quelles proportions les particules produites devraient se répartir, mais les mesures de LHCb en 2015 ne correspondaient pas à ses prédictions.
Les proportions observées s’écartaient trop de ce que les équations théoriques calculaient. Ces écarts se mesuraient à l’époque à deux sigma ; une façon de quantifier en statistique à quel point un résultat s’éloigne de ce que prédit la théorie, en tenant compte de toutes les incertitudes de mesure. À deux sigma, il existe encore une chance sur vingt que l’écart soit simplement le fruit du hasard, ce que la communauté scientifique juge trop élevé pour parler d’anomalie sérieuse.
Les premiers écarts constatés auraient pu disparaître avec davantage de données ; en physique des particules, une anomalie accidentelle se résorbe généralement quand l’échantillon de mesures grossit, parce que les fluctuations statistiques aléatoires s’annulent petit-à-petit. Dans le cas des mésons B, c’est l’inverse qui s’est produit : entre 2015 et 2026, l’écart a augmenté au fil des campagnes d’observation, et il vient de franchir les quatre sigma avec les données publiées dans cette étude du mois d’avril.
En 2025, l’expérience CMS, un second détecteur du LHC, conçu indépendamment de LHCb selon une architecture différente, et fonctionnant selon une méthodologie différente, a produit ses propres mesures sur les mésons B : les mêmes déviations par rapport au modèle standard ont été relevées. Avec deux instruments différents montrant la même anomalie, l’hypothèse qu’un artefact expérimental propre à LHCb puisse expliquer les écarts observés ne tenait plus.
Pourquoi cette découverte pourrait forcer la physique fondamentale à se réinventer ?
Les quatre sigma qui ont été relevés, traduits en probabilité, signifient qu’il y a une chance sur 15 787 que ce résultat soit le fruit du hasard. Mais ce n’est pas encore suffisant pour confirmer l’existence de particules inconnues au-delà du modèle standard. En effet, la barre est fixée à cinq sigma, soit une chance sur 3,5 millions, un seuil volontairement élevé dans un domaine où les détecteurs analysent des centaines de milliards de collisions et où les faux positifs sont monnaie courante.
Sans trop se focaliser sur les chiffres bruts, l’anomalie des mésons B mérite toutefois d’être prise au sérieux, comme l’explique Mark Smith, physicien à l’Imperial College London et co-auteur de l’étude : « C’est la confirmation d’un ensemble cohérent de tensions entre expérience et théorie qui s’est accumulé sur une dizaine d’années, dans plusieurs modes de désintégration et dans deux expériences indépendantes ».
Si les données de la grande campagne d’exploitation (le Run 3), déjà collectées, confirment l’écart dans les prochaines années, et si le Run 4 prévu pour 2030 l’agrandit encore, les physiciens devront se rendre à l’évidence. Ce serait la preuve que des particules inconnues façonnent la matière à son niveau le plus fondamental ; des leptoquarks, des objets subatomiques hypothétiques qui établiraient un lien entre quarks et leptons que le modèle standard ne prédit pas, ou d’autres particules trop massives pour être produites directement au LHC mais dont l’influence se lirait malgré tout dans ces désintégrations rarissimes. De tels résultats démontreraient expérimentalement qu’une force ou que des particules existent sans que nos lois physiques ne les expliquent, et marqueraient probablement le point de départ de la plus grande révision théorique de la discipline depuis les années 1970.
🟣 Pour ne manquer aucune news sur le Journal du Geek, suivez-nous sur Google et sur notre canal WhatsApp. Et si vous nous adorez, on a une newsletter tous les matins.
