Une chance sur dix milliards : certaines transformations de la matière savent se faire attendre. Au CERN, les chercheurs de l’expérience LHCb ont recueilli des indices d’une désintégration particulièrement rare, celle d’un méson Bd en un muon et un antimuon. Oula ! Voilà des noms qu’on n’a pas l’habitude de voir. Le méson Bd est une particule instable produite lors des collisions de protons du Grand collisionneur de hadrons (LHC). Le muon ressemble à l’électron, mais il est environ 200 fois plus lourd. L’antimuon est son antiparticule, de charge électrique opposée.
Une chance sur dix milliards
Selon le modèle standard (la théorie qui décrit les particules élémentaires et leurs interactions), cette transformation ne devrait survenir qu’une fois sur dix milliards de désintégrations de mésons Bd, en moyenne. Autant dire qu’il faut beaucoup de collisions et une excellente capacité à repérer les bons événements.
Les physiciens recherchent cette désintégration depuis 1984. En 2015, une analyse commune des expériences LHCb et CMS avait déjà livré de premiers indices. Mais les analyses suivantes ne les avaient pas confirmés. Cette fois, LHCb obtient à elle seule un résultat dépassant le seuil statistique nécessaire pour annoncer des indices. En réunissant les données de 2024 et 2025 avec celles de 2011 à 2018, l’équipe atteint 3,2 « sigma ».
Le terme « sigma » désigne le degré de signification statistique du résultat. Il faut généralement atteindre 3 sigma pour parler d’indices et 5 sigma pour annoncer une observation confirmée. Les chercheurs ont donc une raison de se réjouir, mais ils doivent poursuivre les mesures. Ce d’autant que les résultats n’ont pas encore été évalués par les pairs.
Les améliorations de LHCb ont beaucoup aidé : en 2024, l’expérience a pu recueillir des données cinq fois plus vite qu’entre 2010 et 2018. L’apprentissage automatique a aussi permis de mieux éliminer les événements parasites. Compter ces désintégrations permet de tester les prévisions du modèle standard. Des particules inconnues pourraient influencer le processus et modifier sa fréquence, même si elles sont trop lourdes pour être produites directement au LHC.
C’est une recherche indirecte : les scientifiques tentent de mesurer les effets de particules qu’ils ne peuvent pas observer directement. Ces travaux pourraient ainsi renseigner sur des phénomènes associés au « zeptoverse », des distances de l’ordre du zeptomètre, soit 10⁻²¹ mètre. Il ne s’agit donc pas d’obtenir une image de ce qui existe à cette échelle (c’est très petit !). Pour l’instant, le résultat correspond aux prévisions. La prochaine étape sera de confirmer le signal, puis de mesurer plus précisément la fréquence de cette désintégration.