$CP$-odd form factor in the $HWW$ vertex

L'univers est construit sur un ensemble de forces fondamentales qui maintiennent la matière ensemble et la repoussent. Pendant des décennies, les physiciens se sont appuyés sur une théorie unique et très réussie appelée le Modèle Standard pour décrire ces forces et les particules qui les transportent. Au cœur de cette théorie se trouve un champ spécial qui donne une masse aux autres particules, un peu comme la façon dont le fait de se déplacer dans une eau épaisse vous ralentit. La preuve physique de ce champ est une particule connue sous le nom de boson de Higgs, découverte en 2012. Depuis cette découverte, les scientifiques se sont affairés à mesurer ses propriétés avec une précision extrême, pour vérifier si elle se comporte exactement comme la théorie le prédit ou si elle montre des signes de quelque chose de nouveau et d'inattendu. L'un des moyens les plus importants de tester la théorie est d'observer comment le boson de Higgs interagit avec d'autres particules, spécifiquement les bosons W, qui sont les vecteurs de la force nucléaire faible.

Une nouvelle étude menée par des chercheurs de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla au Mexique examine de plus près une interaction très subtile entre le boson de Higgs et ces bosons W. Dans la vision standard de la physique des particules, le boson de Higgs peut se désintégrer en deux bosons W, mais en raison des lois de l'énergie et de la masse, il est impossible que les deux bosons W soient pleinement stables et « réels » en même temps durant ce processus. L'un d'eux doit être une particule virtuelle éphémère qui n'existe que pendant une fraction de seconde avant de se transformer en autre matière. Les chercheurs se sont concentrés sur une caractéristique très spécifique et rare de cette interaction impliquant une propriété appelée « parité », qui décrit essentiellement comment un système apparaît lorsqu'il est reflété dans un miroir. Bien que les forces principales traitent généralement la gauche et la droite de la même manière, certains effets quantiques rares peuvent créer une légère différence. L'équipe s'est donné pour objectif de calculer précisément l'ampleur de cet effet de rupture de sym Spatiale du miroir au sein du Modèle Standard, une question qui n'avait jamais été répondue par des chiffres auparavant.

En utilisant de puissantes simulations informatiques pour effectuer des calculs complexes impliquant des particules apparaissant et disparaissant en boucles, les chercheurs ont découvert que cet effet de rupture de symétrie du miroir existe bel et bien, mais qu'il est incroyablement faible. Ils ont découvert que l'effet est généré uniquement lorsque les deux bosons W possèdent des quantités d'énergie différentes, une condition qui est toujours vraie lors de la désintégration d'un boson de Higgs. La taille de cet effet est déterminée par les boucles d'autres particules, particulièrement des quarks et des leptons lourds, qui apparaissent brièvement à l'intérieur de l'interaction. Les chercheurs ont calculé que la force de cet effet est d'environ une partie pour cent mille. Pour mettre cela en perspective, si vous essayiez de détecter ce signal dans une foule de cent mille personnes, vous chercheriez une seule personne qui est légèrement décalée dans son rythme. Cette valeur est bien trop petite pour être vue avec la technologie actuelle, qui ne peut détecter que des signaux environ dix milliards de fois plus grands.

Bien qu'étant trop petit pour être vu pour l'instant, trouver cet effet est important car il représente une véritable prédiction du Modèle Standard. Les chercheurs ont montré que ce minuscule signal n'est pas causé par une violation fondamentale de la symétrie des lois de la physique, mais plutôt par la façon dont les particules se déplacent et interagissent en boucles. Cependant, parce que le signal est complexe et possède une structure mathématique spécifique, il crée un bruit de fond qui ne peut être éliminé. Si les scientifiques découvrent dans le futur un effet de rupture de miroir beaucoup plus important, ils devront savoir exactement quelle est la taille de ce minuscule bruit de fond du Modèle Standard pour être certains de voir quelque chose de nouveau. L'étude a également examiné comment ce faible effet pourrait modifier la façon dont les particules s'échappent de la désintégration. Ils ont découvert qu'il crée une préférence très légère pour que les particules se déplacent dans une direction plutôt qu'une autre, ou tournent d'une certaine manière. Ces préférences, connues sous le nom d'asymétries, sont également extrêmement petites, avec des valeurs autour d'une sur un million ou d'une sur dix millions.

L'article conclut que bien que ces effets soient réels et aient été calculés pour la première fois, ils sont actuellement invisibles pour nos détecteurs les plus sensibles. Le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC), la machine massive qui a découvert le boson de Higgs, n'est pas encore assez sensible pour mesurer ces infimes déviations. Les chercheurs notent que les améliorations futures dans la manière d'analyser les spins et les directions des particules pourraient éventuellement nous rapprocher de cet objectif. D'ici là, ce travail sert de carte cruciale, définissant la ligne de base exacte de ce que prédit le Modèle Standard. Cela garantit que lorsque nous verrons enfin un signal qui brise le miroir, nous saurons avec certitude qu'il provient d'une nouvelle physique et non d'un calcul que nous aurions manqué. L'étude confirme que l'univers est cohérent avec ses règles actuelles, même dans ses recoins les plus subtils et les plus cachés.