Percée dans la recherche sur les muons : précision du moment magnétique obtenue !

Percée dans la recherche sur les muons : précision du moment magnétique obtenue !

Le 3 juin 2025, la collaboration Muon g-2 a présenté sa troisième et dernière mesure du moment magnétique anormal du muon. Cette nouvelle analyse est arrivée à une valeur expérimentale de aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 705 ± 0,000 000 000 148 et a dépassé les objectifs initiaux avec une précision étonnamment élevée de 127 parties par milliard. Cela démontre des progrès remarquables dans la mesure de précision, qui jouent un rôle important dans la physique des particules moderne.

Les mesures ont été effectuées au Laboratoire national de l'accélérateur Fermi (Fermilab) et incluent les données d'une phase de recherche de six ans qui a duré jusqu'au 9 juillet 2023. Au cours de cette période, plus de 308 milliards de muons ont été mesurés, la précision de la mesure s'améliorant de 200 à 127 parties sur un milliard. Le professeur Martin Fertl de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence est le seul chercheur allemand de la collaboration internationale Muon g-2, qui rassemble près de 180 scientifiques de 37 institutions dans sept pays.

Un regard sur l'expérience muon g-2

L'expérience Muon g-2 suit la précession du moment magnétique des muons, qui leur sont similaires mais environ 200 fois plus lourds que les électrons. Ces particules fondamentales ont des durées de vie relativement courtes et des propriétés étendues qui sont affectées par les fluctuations du vide. Ces fluctuations sont également à l'origine de l'écart actuel du moment magnétique anormal, qui s'écarte d'environ 0,1 % de la valeur théorique. L'expérience utilise un anneau magnétique supraconducteur de 14 mètres de diamètre pour analyser les muons dans des conditions contrôlées.

Les derniers résultats sont cohérents avec les mesures précédentes de 2021 et 2023, mais offrent de nouvelles données plus précises. La Muon g-2 Theory Initiative a simultanément publié de nouvelles prédictions pour le moment magnétique anormal, qui donnent une valeur théorique de aµ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 33 ± 0,000 000 000 62 sur la base de calculs QCD sur réseau. Cet accord pourrait apporter la preuve qu’il existe des phénomènes physiques qui dépassent le modèle standard.

Connexions à la matière noire

La recherche sur le moment magnétique anormal pourrait également fournir des informations importantes sur la matière noire, considérée comme l’élément de base des structures de l’univers. Les physiciens recherchent la matière noire en utilisant deux méthodes : par des expériences directes sur des accélérateurs de particules tels que le Grand collisionneur de hadrons, et par des études indirectes de processus physiques connus qui nécessitent de la précision. Les mesures effectuées au Laboratoire Fermi ont montré que les muons sont capables de rechercher dans le vide des particules virtuelles et ainsi potentiellement de découvrir de nouvelles particules qui pourraient constituer la matière noire.

Les expériences du Laboratoire Fermi ont également révolutionné la compréhension des calculs théoriques qui, dans le passé, divergeaient des observations. Dans l'étude la plus récente, de nouvelles informations ont émergé d'un examen plus détaillé des fluctuations du vide, rendant les écarts par rapport au modèle standard plus compréhensibles.

Bien que l’expérience Muon g-2 soit désormais terminée, elle pourrait encore servir de référence pour de futures mesures. Une autre expérience au Japon est prévue pour fournir des données supplémentaires, quoique avec une précision moindre, dans les années 2030. Le défi consiste à interpréter les résultats et à trouver des réponses aux questions soulevées par les derniers résultats, notamment la nécessité de clarifier pourquoi aucune nouvelle particule n'a été découverte dans le LHC.

Les récentes révélations et développements en physique théorique montrent clairement que les résultats parfois contradictoires des expériences muon g-2 et LHC pourraient conduire à une phase passionnante de la physique des particules au cours de laquelle les anciennes théories seront remises en question et de nouvelles idées développées afin de mieux comprendre l'univers et ses forces fondamentales.

Enfin et surtout, la collaboration Muon g-2 définit la voie des futures découvertes scientifiques et fait progresser la compréhension de concepts physiques fondamentaux qui vont au-delà de ce que nous tenions auparavant pour acquis.

De plus amples informations et détails sur l’étude peuvent être trouvés ici ici, sur le rôle de la matière noire ici et discuter de la recherche de nouvelles particules ici.