À l'institut hongrois de recherche nucléaire ATOMKI, des physiciens ont remarqué quelque chose d'étrange : dans les désintégrations de noyaux atomiques excités, il arrive que des paires électron-positon s'échappent selon un angle inhabituel. Comme si une particule invisible servait d'intermédiaire, apparaissant et disparaissant en un instant. Cet indice a été nommé l'anomalie ATOMKI, et la particule hypothétique, le boson X(17), car sa masse est d'environ 17 mégaélectronvolts (soit environ 34 fois la masse de l'électron).
Pour vérifier si une telle particule peut exister et comment elle interagit avec les électrons, les auteurs de la nouvelle étude ont rassemblé des données provenant de nombreuses expériences différentes : des mesures ultra-précises des propriétés magnétiques de l'électron aux expériences sur accélérateurs où des faisceaux de particules frappent des cibles. Ils ont dérivé des contraintes sur la force de l'interaction de X(17) avec les électrons. Il s'avère que de nombreuses variantes — par exemple, scalaire ou pseudoscalaire (lorsque la particule n'a pas de spin) — sont incompatibles avec les observations en raison de la conservation de la parité. La variante purement axiale-vectorielle (spin 1, mais avec un comportement particulier sous réflexion miroir) est exclue avec une confiance de 98%.
Un tel résultat ne prouve pas l'existence de X(17), mais il fixe un cadre clair pour les recherches futures. Si la particule existe, elle doit être vectorielle et interagir avec les électrons d'une manière strictement définie. Désormais, les expérimentateurs savent quoi chercher et peuvent régler leurs détecteurs sur le signal attendu.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2601.08567
The Atomki anomaly puts forward the hypothesis of an $$X(17)$$ particle to explain its observation. Utilizing experimental results from the Atomki experiments, measurements of the electron's anomalous magnetic moment, beam dump experiments, the KLOE-2 experiment, the PADME experiment, and the parity-violating M{\o}ller scattering experiment, we derive constraints on the $$Xee$$ coupling of the $$X(17)$$ boson to electrons. It is found that the scalar and pseudoscalar models can be excluded by Atomki experiments due to the parity conservation, and the pure axial-vector model is excluded at 98\% C.L. Meanwhile, the analyses in both pure vector and the vector $$\pm$$ axial-vector models consistently show that the $$Xee$$ coupling is of the vector type and has an almost fixed value, $$\left(6.78 \pm 0.042\right) \times 10^{-4} \lesssim |\varepsilon_e^v| \lesssim \left(6.93 \pm 1.66\right) \times 10^{-4}$$ in unit of electric charge $$e$$.
La masse de 17 MeV est environ 34 fois celle de l'électron, mais des milliers de fois plus petite que celle du proton. Une particule aussi légère pourrait naître lors de transitions nucléaires, comme dans les expériences ATOMKI.
L'idée d'une particule intermédiaire de faible masse et de couplage faible rappelle les « photons sombres » de la science-fiction — des porteurs invisibles de nouvelles forces qui pourraient expliquer la matière noire.