Le CERN observe des oscillations quantiques pour la première fois

Mardi dernier, les équipes du CERN sont parvenues à démontrer que des particules subatomiques (en l’occurence un charm meson) , peuvent osciller entre leur état normal, et celui d’antiparticule (une sorte d’image miroir d’elle-même, presque identique, mais dans un état quantique différent) de façon réversible. Leurs découvertes sont disponibles ici.

Certes, cela fait déjà plus de 60 ans qu’on sait que certaines particules subatomiques (c’est à dire encore plus petites que des atomes) sont capables de voyager sous forme de mélange de cette particule et de l’antiparticule correspondante. Mais ici, il s’agit bel et bien des mêmes particules qui changent d’état, et de façon réversible. Mais surtout, ces deux pendants de la même particule ont deux masses différents !

Une précision à toute épreuve

Pour obtenir ce résultat, les équipes du CERN ont du redoubler d’efforts. Au sein du fameux LHC (pour Large Hadron Collider), ils ont du produire les fameux mésons en catapultant des protons l’un contre l’autre à une vitesse faramineuse. Tout sauf simple, vu la taille des objets en question. Il faut ensuite réussir à observer les mésons produits. C’est également difficile, car ils ne voyagent que sur quelques millimètres avant de changer d’état.

Et une fois ce méson repéré, il a fallu réussir à mesurer très précisément la seule donnée dont nous sommes sûrs qu’elle joue sur cette oscillation particule – antiparticule : la différence de masse entre ces deux objets.

Là encore, c’est extrêmement difficile : cela implique de mesurer deux objets minuscules, et comme imbriqués (dans un état dit de superposition quantique). Ils ont finalement réussi, en observant la différence entre les mésons qui voyageaient “loin”, et ceux qui s’arrêtaient plus vite.

Les équipes du CERN sont ainsi parvenues à un résultat fracassant : entre la particule et son antiparticule, ils ont observé une différence de… 10^-38 grammes. Soit moins d’un milliardième de milliardième de milliardième de gramme !

Si cette différence peut paraître subtile voire anecdotique, elle revêt en fait une importance considérable; d’après PhysX, il s’agit d’une porte ouverte à l’étude de certaines des plus grandes questions de la physique, bien au-delà de notre modèle standard.

Une fenêtre en dehors du modèle standard

Ce qu’on appelle le modèle standard de la physique des particules, c’est un modèle qui régit l’infiniment petit. Il tente d’expliquer les interactions entre les différentes particules. C’est un modèle qui fonctionne très bien; il permet aujourd’hui d’expliquer et d’anticiper une grande variété de phénomènes physiques. Ce modèle standard, c’est un territoire hospitalier et rassurant pour les scientifiques. Mais plus loin, il y a cette zone d’ombre, là où le modèle standard – s’arrête. A partir de là commence un monde d’incertitude, où toute la théorie reste à défricher.

En dehors du modèle standard, toutes les suppositions sont permises et les règles du jeu très mal connues. Forcément, cela rend la prospection très difficile. Maintenant que les scientifiques ont confirmé cette oscillation entre deux états quantiques, reste à trouver leur origine. Et justement, cette origine pourrait bien reposer en dehors du modèle standard. L’un des grands objectifs à venir sera donc de vérifier si ces changements sont causés par une particule du modèle standard… ou par une particule encore inconnue, qu’il faudra à son tour identifier, puis étudier. Si cette découverte est si importante, ce n’est pas parce qu’elle apporte une révolution instantanée. C’est un peu comme creuser un trou dans une banquise, où il ne reste plus qu’à jeter un hameçon pour commencer à explorer. Reste à voir ce que pêcheront les équipes du CERN à l’avenir !

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