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Des particules repérées par un ballon géant en Antarctique ne peuvent pas être expliquées par notre compréhension actuelle de la physique, selon une analyse approfondie. Maintenant, la course est lancée pour découvrir ce qu’elles sont.

Une particule qui défie notre compréhension de la physique

En 2006, puis en 2014, des chercheurs de la NASA utilisant l’Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA), un ballon équipé d’un détecteur de particules, ont capté un signal qui n’avait pas de sens. Ils avaient repéré des particules à haute énergie qui se déplaçaient à un angle suggérant qu’elles venaient de traverser la planète sans être bloqués.

Une nouvelle analyse a maintenant exclut la meilleure explication possible pour ces particules. Cela signifie qu’elles pourraient être des signes d’une physique au-delà du modèle standard – la compréhension des physiciens des particules et des forces dans l’Univers.

Les événements ANITA ont enregistré des énergies très élevées pour une minuscule particule, à 0,6 et 0,56 exa-electron-volts (un milliard de milliards d’électronvolts).

Une théorie était que ces particules étaient des neutrinos, dont on sait qu’ils traversent d’autres matières. Mais à des énergies aussi élevées, ces neutrinos auraient dû interagir avec les particules à l’intérieur de la Terre plutôt que de se glisser facilement à travers la planète.

Néanmoins, il est possible qu’un neutrino de haute énergie ait pu passer sans encombre, auquel cas il doit provenir d’un point quelque part dans l’espace – comme une galaxie lointaine qui aurait accéléré ces neutrinos. Heureusement, il y a un moyen de vérifier.

L’explication d’une physique exotique

Pizzuto et ses collègues travaillent à l’Observatoire de neutrinos IceCube, une expérience simultanée mais distincte en Antarctique qui permet de détecter une plus grande variété de neutrinos, y compris des variantes à plus faible énergie. Ceux-ci auraient atteint la Terre à peu près au même moment des événements ANITA, si une source dans l’espace en était responsable.

L’équipe vient d’achever le passage au peigne fin des données, à la recherche de preuves de tels signaux. Mais ils n’ont rient trouvé, ce qui signifie que les détections de haute énergie d’ANITA sont maintenant encore plus difficiles à expliquer.

« Il nous reste les possibilités les plus excitantes ou les plus ennuyeuses », dit Ibrahim Safa, qui travaille également sur IceCube. Soit ANITA a trouvé un signe d’une physique exotique, soit il y a une anomalie subtile dans les lectures du détecteur que tout le monde aurait négligée jusqu’à présent.

Stefan Söldner-Rembold, de l’Université de Manchester, au Royaume-Uni, se dit convaincu que l’explication de la source ponctuelle des étranges détections d’ANITA est désormais écartée. « Quoi qu’il en soit, qu’il s’agisse d’une nouvelle physique ou d’un processus que nous n’avons pas encore compris, c’est très intéressant », dit-il.

Les physiciens attendent une mise à jour des données d’ANITA qui seront publiées plus tard cette année, dans laquelle seront décrits tous les événements anormaux survenus au cours du quatrième et dernier vol du ballon en 2016. Cela pourrait fournir de l’information sur d’autres détections de haute énergie et aider à résoudre ce mystère.

Une nouvelle forme de neutrinos 

En attendant, les théories abondent sur ce que peuvent être ces particules énigmatiques, si elles remettent effectivement en question le modèle standard. Derek Fox, de la Pennsylvania State University, a déjà suggéré qu’il pourrait s’agir de neutrinos stau, une forme plus lourde du neutrino tau. Cela correspondrait à la supersymétrie, la théorie selon laquelle toutes les particules fondamentales ont des homologues beaucoup plus lourds.

Les détections faites par ANITA pourraient aussi être des signes de matière noire, ou de neutrinos stériles, soutiennent certains chercheurs. Mais Pizzuto ne parie pas sur l’émergence d’une nouvelle physique pour expliquer ce mystère. « Je vais attendre avant de prétendre qu’une nouvelle physique explique cette découverte », dit-il. « Je pense qu’il est encore trop tôt pour dire ce qu’ANITA a trouvé. »

Cette recherche a été prépublieé dans arXiv.

Source : New Scientist
Crédit photo : Pixabay