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De gauche à droite Chien-Shiung Wu, Tsung-Dao Lee, Cheng Ning Yang. Crédit : universe-review
Le coût du LHC est de plusieurs milliards d'euros. Tester de la physique au-delà du modèle standard nécessite en effet de construire des détecteurs géants et de faire collisionner des faisceaux de protons accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière. C'est l'unique moyen d'obtenir des énergiesénergies très élevées, lors des collisions entre les quarksquarks composant les protons. En plein régime de fonctionnement, 14 TeV seront ainsi disponibles pour espérer créer de nouvelles particules prédites par des modèles qui sont des extensions du modèle standardmodèle standard.
Parmi ces derniers, certaines classes de théories de cordes et de GUT, les théories de Grande Unificationthéories de Grande Unification combinant force électrofaible et force nucléaire forte, prédisent l'existence d'une sorte de cinquième force portée par des généralisations des bosonsbosons vecteurs des interactions faibles du modèle standard. Ces interactions sont véhiculées par des bosons W chargés et un boson Z neutre.
Les généralisations du modèle standard introduisent des bosons supplémentaires qui participent aux interactions faibles entre quarks et leptonsleptons et c'est pourquoi ils sont nommés Z' et W'. Leurs massesmasses ne sont pas connues mais des expériences en accélérateurs indiquent qu'elles doivent être plutôt lourdes pour avoir échappé jusqu'à présent à toute détection. Remarquablement, elles pourraient cependant être suffisamment légères pour être produites au LHC.
Andrei Derevianko, un professeur de l'université de Reno au Nevada, vient de battre le LHC sur le terrain de la chasse au boson Z' avec l'aide de ses collègues et de mesures sur les transitions atomiques de simples atomesatomes de césiumcésium, ne nécessitant pas d'équipement de laboratoire coûteux et volumineux. La clé pour réussir ce tour de force : la violation de la parité des interactions faibles...
Violation de parité dans la désintégration du noyau de cobalt 60. L'électron est émis préférentiellement dans la direction opposée à celle du spin du noyau. En regardant l'image dans un miroir, le spin change de sens (c'est un pseudovector) et l'électron est émis préférentiellement dans la direction du spin du noyau. Crédit : Ilarion Pavel-3xplus
Le césium : un laboratoire à lui tout seul
Prédite en 1956 par Tsung-Dao Lee et Cheng Ning Yang, elle fut observée en 1957 par Chien-Shiung Wu, qui malheureusement fut oubliée lors de l'attribution du prix Nobel de physique.
La violation de la parité n'est pas difficile à comprendre. Lorsque que l'on considère une expérience avec son image dans un miroirmiroir, cette dernière devrait aussi exister de façon inchangée dans l'UniversUnivers. On parle de symétrie P. Dans le cas contraire on parle de violation de la parité.
Dans l'expérience de Wu, un atome de cobaltcobalt radioactif (60Co) ne se désintégrait pas de la même façon en émettant des électronsélectrons selon que son moment cinétiquemoment cinétique est dans un sens ou dans un autre, correspondant à son image dans un miroir. La désintégration étant de type bêtabêta, elle fait intervenir les interactions faibles.
Au niveau des atomes, plus précisément de celui des niveaux d'énergies très fins des électrons orbitant autour des noyaux, certaines transitions accompagnées de l'émissionémission de photonsphotons peuvent elles aussi présenter des phénomènes de violations de la parité. Il s'agit cette fois-ci de l'influence des quarks des nucléonsnucléons du noyau sur les électrons de la couche électroniquecouche électronique.
Les quarks échangent en effet des bosons Z avec ces électrons et depuis les années 1980, on sait faire des expériences portant sur la violation de la parité en physique atomique induites par les forces nucléaires faiblesforces nucléaires faibles. L'atome de césium est particulièrement approprié pour ce genre d'expérience.
Derevianko et ses collègues sont parvenus à exploiter les résultats d'expériences plus précises avec les 55 électrons de l'atome de césium. Ils ont aussi et surtout mis à profit de nouvelles techniques de calculs et la puissance grandissante des ordinateursordinateurs pour prédire des effets de violations de parité encore plus fins causés par l'hypothétique boson Z' introduit par certaines classes de GUT et de théories des supercordesthéories des supercordes.
Remarquablement précis, les nouveaux résultats ne révèlent pas de violations des prédictions du modèle standard. Ce résultat peut sembler décevant mais il ne l'est pas complètement car les chercheurs savent désormais que le boson Z', s'il existe, doit avoir une masse supérieure à une nouvelle borne, ce qui les aiguille dans certaines directions théoriques.
