La beauté conduirait vers une nouvelle physique

La collaboration LHCb a publié les résultats de sa dernière analyse de la désintégration rare du méson de beauté B⁰ en un méson K^* et une paire de muons (B⁰→K^*μ⁺μ^-). Fondée sur des données obtenues lors de la première et la deuxième période d'exploitation du LHC, cette nouvelle analyse vient corroborer une tension avec les prédictions du Modèle standard observée lors d'analyses précédentes. Toutefois, ces prédictions sont hautement complexes et controversées au sein de la communauté des physiciens théoriciens.

La désintégration B⁰→K^*μ⁺μ^- constitue un moyen prometteur, quoiqu'indirect, d'explorer de nouveaux phénomènes, car elle est sensible aux contributions de particules non découvertes qui pourraient avoir des masses qui s'avéreraient hors d'atteinte pour les recherches directes au LHC. En comparant des mesures précises des propriétés de la désintégration avec des prédictions basées sur le Modèle standard, il sera possible de mettre au jour des signes de l'existence de nouvelles particules ou interactions fondamentales.

L'outil le plus sensible aux nouvelles particules est l'étude de la distribution angulaire des produits de la désintégration, à savoir un kaon et un pion issus de la désintégration du K^* et les deux muons. L'équipe de LHCb avait mesuré ces observables angulaires auparavant, tout d'abord à l'aide d'ensembles de données obtenues lors de collisions proton-proton pendant la première période d'exploitation du LHC, puis à l'aide d'un ensemble de données plus grand qui comprenait les données obtenues lors de la deuxième période d'exploitation du LHC en 2016.

Dans toutes ces analyses, l'une des observables, P5', présentait un écart significatif par rapport au Modèle standard. Ce résultat avait une signification statistique inférieure à la référence des cinq sigmas, nécessaire pour qu'une découverte puisse être revendiquée, mais était suffisamment significatif pour mériter l'attention dans le cadre d'études futures.

La dernière analyse du LHCb représente l'étude la plus poussée à ce jour des propriétés de la désintégration B⁰→K^*μ⁺μ^- , qui s'appuie sur les données obtenues par le LHCb lors de collisions proton-proton en 2011, 2012, et de 2016 à 2018. Cette analyse confirme que l'observable P5' est en tension significative avec les prédictions théoriques. Ces résultats concordent bien avec les mesures précédemment effectuées par le LHCb et avec une mesure effectuée récemment par CMS.

« Ces nouvelles mesures présentent le même type de tensions avec le Modèle standard que nous avons observé précédemment », explique Mark Smith, qui a présenté les résultats de l'analyse lors d'un récent séminaire. « Si l'on arrive à préciser les résultats expérimentaux grâce aux données obtenues lors de la troisième période d'exploitation du LHC et que l'on améliore les calculs théoriques, cela pourrait aider à expliquer l'origine de ces tensions », conclut Leon Carus, qui a présenté les résultats à la dernière session publique du Comité des expériences LHC.

Pour en savoir plus, consultez le site web de l'expérience LHCb (en anglais).