L'énigme physique de 1948 pourrait être sur le point d'être résolue

Les scientifiques sont peut-être sur le point de percer un mystère qui persiste depuis 1948 : la divergence dans le moment magnétique du muon. Une étude récente, dirigée par le physicien Diogo Boito, suggère des solutions possibles à ce problème en physique des particules.

Le problème concerne la différence entre la valeur théorique et expérimentale du moment magnétique du muon et peut indiquer que la particule interagit avec d'autres matières noires, des bosons de Higgs ou même une force encore inconnue de la physique.

La recherche, publiée par la revue Physical Review Letters, indique que l'origine des divergences se situe entre deux méthodes utilisées pour prédire la valeur théorique des muons.

Quel est le moment magnétique du muon ?

Le moment magnétique du muon est une mesure qui quantifie la manière dont cette particule, sorte de « cousin » plus lourd de l'électron, interagit avec les champs magnétiques, tels que ceux produits par un aimant.

La grandeur est fondamentale en physique des particules et est théoriquement prédite par l'équation de Dirac – formulée par le physicien anglais Paul Dirac – comme étant égale à 2, représentée par la lettre « g ». Cependant, les expériences menées dans les accélérateurs de particules révèlent une petite différence dans cette valeur, ce qui intrigue les scientifiques.

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Selon Diogo Boito, professeur à l'Institut de physique São Carlos de l'Université de São Paulo (IFSC-USP), résoudre le problème pourrait conduire à de grandes découvertes dans le domaine :

"La détermination précise du moment magnétique du muon est devenue une question centrale en physique des particules, car l'étude de cet écart entre les données expérimentales et les prédictions théoriques peut nous fournir des informations qui conduisent à la découverte d'un effet nouveau et spectaculaire."

Diogo Boito pour l'Agence FAPESP

Méthode de comparaison des résultats

• L’interaction des muons ne peut pas être calculée uniquement théoriquement, c’est pourquoi les scientifiques utilisent différentes méthodes.
• L’un d’eux analyse les données sur les collisions entre électrons et positons, et l’autre, appelé « QCD sur le réseau », simule le processus sur des supercalculateurs.
• Le premier présente plus de divergences entre les résultats théoriques et expérimentaux, tandis que la « QCD sur réseau » est généralement plus conforme à la théorie, bien que la raison soit inconnue.
• L'étude aborde cette question en utilisant une nouvelle méthode qui compare les résultats de simulation avec les données expérimentales.
• La technique utilise des diagrammes de Feynman, des graphiques qui simplifient les calculs d'interactions entre particules.

La clé du problème

L’étude comprend pour la première fois avec précision les diagrammes de Feynman. Boito explique :

Aujourd'hui, nous avons huit résultats pour ces contributions [dos diagramas de Feynman], obtenus avec des simulations QCD sur réseau, et ils sont tous en bon accord les uns avec les autres. Nous montrons que les résultats des données d'interaction électron-positon ne concordent pas avec ces huit résultats de simulation.

Diogo Boito pour l'Agence FAPESP

En termes simples, la nouvelle méthode de comparaison permet d'identifier quel est le problème du moment magnétique du muon et où se situe le problème. La recherche a reçu le soutien du programme de subventions de recherche Phase 2 pour jeunes chercheurs de la FAPESP.

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