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CMS s'essaie à la balançoire à bascule

La collaboration CMS met à nouveau à l'épreuve le mécanisme de la bascule

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Replacement of the heart of the CMS experiment - the pixel detector, Part2
Vue de l’expérience CMS (Image: CERN)

La collaboration CMS auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHC) a mené un nouveau test sur un modèle élaboré pour expliquer la masse infime des neutrinos, ces particules électriquement neutres qui changent de saveur durant leur trajet dans l'espace.

Dans le Modèle standard de la physique des particules, les particules qui ne peuvent pas être divisées en constituants plus petits (par exemple, les quarks et les électrons) acquièrent leur masse grâce à un champ fondamental associé au boson de Higgs. Les neutrinos sont cependant une exception, car le mécanisme de Higgs ne peut expliquer leur masse. Les physiciens ont donc cherché d'autres explications à la question de la masse des neutrinos.

Selon une théorie largement partagée, le phénomène s’explique par un mécanisme qui associe un neutrino léger connu à un hypothétique neutrino lourd. Dans ce modèle, comme sur une balançoire à bascule, le neutrino le plus lourd soulève le plus léger et lui donne ainsi un peu de masse. Cependant, pour que ce mécanisme de la bascule fonctionne, il faut que les neutrinos soient des particules de Majorana, c'est-à-dire qu'ils soient leur propre particule d'antimatière.

Dans le cadre d'une étude récente, l'équipe de CMS a testé ce mécanisme de la bascule par une recherche de neutrinos de Majorana produits par un procédé spécifique, appelé fusion de bosons vecteurs, dans les données issues des collisions de haute énergie du LHC collectées par le détecteur CMS entre 2016 et 2018. S’ils ont eu lieu, les événements recherchés auraient produit deux muons (des versions plus lourdes de l'électron) de même charge électrique, deux « jets » de particules avec une masse totale importante et une grande distance entre eux, et n'auraient créé aucun neutrino.

Après avoir identifié et extrait le bruit de fond constitué d’événements presque identiques aux événements recherchés, les équipes de CMS n'ont trouvé aucun signe de la présence de neutrinos de Majorana dans les données étudiées. Cependant, elles ont pu fixer de nouvelles limites pour l’un des paramètres du mécanisme de la bascule, qui décrit le mélange quantique entre un neutrino léger connu et un hypothétique neutrino lourd.

Ces résultats incluent des limites améliorées par rapport à celles obtenues dans de précédentes recherches au LHC portant sur un neutrino de Majorana lourd d’une masse supérieure à 650 milliards d'électronvolts (GeV), mais aussi les premières limites directes concernant un neutrino de Majorana lourd d’une masse comprise entre 2 et 25 TeV (millions de millions d'électronvolts).

Le LHC étant prêt à reprendre les collisions cet été, après un redémarrage réussi le 22 avril, l'équipe de CMS se prépare à collecter plus de données pour essayer une nouvelle fois cette balançoire à bascule.

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Pour en savoir plus, rendez-vous sur le site web de CMS.