En Hongrie, des scientifiques affirment avoir trouvé une nouvelle particule qui révèle une cinquième force de la nature.
Ces dernières années, un groupe de chercheurs hongrois a fait la une des journaux avec une revendication audacieuse. Ils affirment avoir découvert une nouvelle particule – appelée X17 – qui nécessite l’existence d’une cinquième force de la nature.
Mais les chercheurs ne cherchaient pas cette nouvelle particule. Au lieu de cela, elle est apparue comme une anomalie dans leur détecteur en 2015 alors qu’ils cherchaient des signes de matière noire. Au début, l’anomalie n’a pas beaucoup attiré l’attention. Mais finalement, un groupe d’éminents physiciens des particules travaillant à l’université de Californie, Irvine, a examiné la situation de plus près et a suggéré que les Hongrois étaient tombés sur un nouveau type de particule – une particule qui implique une force de la nature entièrement nouvelle.
Puis, fin 2019, la découverte hongroise s’est répandue – notamment par le biais d’un reportage diffusé sur CNN – lorsqu’ils ont publié de nouveaux résultats suggérant que leur signal n’avait pas disparu. L’anomalie a persisté même après qu’ils aient modifié les paramètres de leur expérience. Ils l’ont maintenant vue apparaître de la même manière des centaines de fois.
Cela laisse certains physiciens excités par la perspective d’une nouvelle force. Mais même si une force inconnue n’est pas responsable de ce signal étrange, l’équipe a peut-être révélé une physique inédite. Et si elle est confirmée, certains pensent que la nouvelle force pourrait rapprocher la physique d’une grande théorie unifiée de l’univers, ou même aider à expliquer la matière noire.
Cependant, jusqu’à présent, la plupart des scientifiques restent sceptiques. Pendant des années, les chercheurs liés au groupe hongrois ont prétendu découvrir de nouvelles particules qui ont ensuite disparu. D’autres scientifiques se contentent donc d’attendre d’autres données qui confirment ou infirment cette découverte. Mais l’attente pourrait être longue.
« Du point de vue de la physique des particules, les anomalies vont et viennent », explique Daniele Alves, physicien théoricien au Laboratoire national de Los Alamos. « Nous avons appris avec le temps à ne pas être trop biaisés par l’une ou l’autre interprétation. L’important est d’aller au fond des choses ».
Les quatre forces fondamentales
Les manuels de physique enseignent qu’il existe quatre forces fondamentales de la nature : la gravité, l’électromagnétisme et les forces nucléaires fortes et faibles.
Les deux premières forces nous sont assez familières. La gravité nous fixe sur la Terre et nous attire autour du soleil, tandis que l’électromagnétisme maintient les lumières allumées. Les deux autres forces sont moins évidentes pour nous car elles régissent les interactions à une échelle infime. La force forte lie la matière ensemble, tandis que la force faible nucléaire décrit la désintégration radioactive des atomes.
Chacune de ces forces est portée par une sorte de particule subatomique que les physiciens appellent un boson. Par exemple, les photons sont la particule de force dans l’électromagnétisme. Les gluons portent la force nucléaire forte. Les bosons W et Z sont responsables de la force nucléaire faible. Il existe même un boson hypothétique pour la gravité appelé graviton, bien que les scientifiques n’aient pas prouvé son existence.
Cependant, si vous demandez à de nombreux physiciens théoriciens, ils vous diront probablement que nous n’avons pas encore découvert toutes les forces de la nature. D’autres sont probablement en attente d’être découvertes. Par exemple, certains soupçonnent que la découverte de la matière noire pourrait révéler une nouvelle force faible.
Et c’est là qu’intervient le groupe hongrois. Sans trop se perdre dans les détails, le groupe a tiré des protons sur un mince échantillon de lithium-7, qui s’est ensuite désintégré radioactivement en béryllium-8. Comme prévu, cela a créé des paires de positrons et d’électrons. Cependant, les détecteurs ont également capté des signaux de désintégration excessifs qui suggèrent l’existence d’une nouvelle particule potentielle extrêmement faible. Si elle existe, la particule pèserait environ 1/50ème de la masse d’un proton. Et en raison de ses propriétés, ce serait un boson – une particule porteuse de force.
Mais l’histoire est jonchée de raisons de se méfier des nouvelles additions. Au cours des dernières décennies, d’autres groupes ont également prétendu avoir trouvé une cinquième force, pour voir leurs prétentions s’évanouir tranquillement. Vers l’an 2000, un groupe a proposé une nouvelle force, appelée quintessence, pour expliquer la découverte alors récente de l’énergie noire. Dans les années 1980, un groupe de physiciens du MIT a déclaré avoir trouvé une cinquième force, appelée hypercharge, qui servait en quelque sorte d’anti-gravité. Et pourtant, nous voici avec des manuels qui enseignent toujours les quatre mêmes forces fondamentales qu’il y a des décennies.
Cela signifie que l’explication la plus probable de ce nouveau signal inexpliqué est qu’il y a quelque chose qui cloche avec la configuration du détecteur hongrois. Cependant, personne ne conteste les données. Les résultats ont été examinés par des pairs et publiés dans la revue Physical Review Letters – la même revue qui a publié la découverte des ondes gravitationnelles. Même les idées publiées dans des revues prestigieuses peuvent parfois être expliquées comme une erreur systématique, mais c’est ainsi que fonctionne la science.
« Les gens font attention à savoir s’il s’agit vraiment d’un effet de la physique nucléaire ou si c’est quelque chose de systématique », explique M. Alves. « Il est important de reproduire ces expériences… pour pouvoir vérifier si c’est réel ou si c’est un artefact de la façon dont ils conduisent l’expérience. »
En quête de confirmation
Et c’est précisément ce que son groupe espère faire. Avec une petite équipe, elle propose de répéter l’expérience hongroise en utilisant des équipements qui existent déjà à Los Alamos. Le laboratoire national est un leader en physique nucléaire depuis la création de la bombe atomique. Et aujourd’hui, des milliers de physiciens de haut niveau y travaillent encore sur des problèmes allant de la sauvegarde et de l’étude de l’arsenal nucléaire de notre nation, à l’invention des ordinateurs quantiques et à l’observation des pulsars.
Il s’avère qu’ils disposent également d’un détecteur presque identique à celui utilisé par l’équipe hongroise.
Si l’on additionne tout cela, Alves pense que Los Alamos possède exactement la bonne combinaison d’installations et d’expertise pour reproduire l’expérience. C’est pourquoi son groupe a tranquillement travaillé sur sa proposition pendant les six derniers mois, et a récemment soumis une demande de financement pour examen. Pour être approuvée, elle devra remporter un concours annuel aux côtés d’autres projets du laboratoire national.
Ces dernières années, plusieurs autres groupes ont également suggéré de rechercher cette force. Mais pour l’instant, Alves pense qu’ils sont le principal groupe aux États-Unis à travailler pour confirmer ou infirmer cette conclusion. S’ils ne peuvent pas obtenir l’approbation, il faudra peut-être des années avant qu’une université ou un autre groupe puisse obtenir les fonds et l’expertise nécessaires pour répéter l’expérience avec le même type de paramètres que ceux utilisés par les Hongrois.
Comme pour toutes les affirmations extraordinaires, cette découverte qui pourrait changer de paradigme nécessitera des preuves extraordinaires avant que les gens ne l’acceptent. Nous devrons donc peut-être attendre un certain temps avant de savoir si la particule X17 et sa cinquième force potentielle révolutionneront la physique, ou si elle prendra sa place au sommet de la poubelle des découvertes démantelées et rejetées.
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