La collaboration LHCb a rapporté un nouveau résultat intriguant dans sa quête visant à tester un principe-clé du Modèle standard, appelé l'universalité des leptons. Cette observation – une possible différence de comportement entre divers types de leptons – n'est pas statistiquement significative, mais elle est en adéquation avec d'autres résultats obtenus précédemment. Si elle devait se confirmer à mesure que davantage de données sont collectées et analysées, cela signalerait une faille dans le Modèle standard.

L'universalité des leptons est l'idée selon laquelle les trois types de leptons chargés – c'est-à-dire les électrons, les muons et les tau – interagissent tous de la même manière avec les autres particules. En conséquence, les divers types de leptons devraient, sous réserve de leurs différences de masse, être créés avec la même fréquence lors des transformations ou « désintégrations » de particules. Toutefois, certaines mesures de désintégrations de particules réalisées ces dernières années par l'équipe de LHCb et par d'autres groupes ont indiqué une possible différence dans leur comportement. Prises séparément, ces mesures n'ont pas une signification statistique suffisante pour indiquer une rupture de l'universalité des leptons, et donc une faille dans le Modèle standard, mais il est intriguant que des signes d'une différence soient apparus dans diverses désintégrations de particules et auprès de plusieurs expériences.

Le dernier résultat de LHCb est issu du premier test de l'universalité des leptons réalisé en utilisant les désintégrations de baryons b – des particules contenant trois quarks dont au moins un quark b. En filtrant les données de collisions proton-proton à des énergies de 7, 8 et 13 TeV, les scientifiques de LHCb ont identifié des baryons b appelés Λ_b⁰ et ont calculé à quelle fréquence ceux-ci se désintégraient en un proton, un kaon chargé et soit une paire muon-antimuon soit une paire électron-antiélectron.

L'équipe a ensuite calculé le rapport entre ces deux taux de désintégration. Si l'universalité des leptons résiste au test, ce rapport devrait être proche de 1. Une déviation par rapport à cette prédiction pourrait par conséquent signaler une violation du principe de l'universalité des leptons. Une telle violation pourrait être causée par la présence dans les désintégrations d'une particule jamais encore détectée et non prédite par le Modèle standard.

L'équipe a obtenu un rapport légèrement inférieur à 1, avec une signification statistique d'environ une déviation standard, bien au-dessous de la norme de cinq déviations standard nécessaire pour annoncer une réelle différence entre les taux de désintégration. Les scientifiques notent que ce résultat va dans le même sens que d'autres résultats qui ont montré des indices selon lesquels les désintégrations en une paire muon-antimuon ont lieu moins souvent que celles en une paire électron-antiélectron. Ils soulignent cependant que bien plus de données sont nécessaires pour déterminer si cette anomalie dans le comportement des leptons va être confirmée ou non.

Pour en savoir plus, rendez-vous sur le site web de l'expérience LHCb ou lisez cet article du Courier CERN (en anglais).