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Des physiciens ont mesuré la transformation du méson B en muon et neutrino, posant de nouvelles limites sur ces particules insaisissables.
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Dans l'accélérateur, des particules entrent en collision, et pendant un bref instant naît un méson B — une particule lourde qui vit moins d'un milliardième de seconde. Habituellement, il se désintègre en de nombreux fragments, mais parfois il se transforme en seulement deux particules : un muon et un neutrino. Cette voie rare ressemble à une loterie où le billet gagnant sort une fois sur deux millions de tirages.
Les physiciens des installations Belle et Belle II ont collecté des données pendant de nombreuses années pour attraper de tels événements. Ils ont cherché des muons s'échappant du point de collision, et à partir de leur énergie, ils ont calculé combien d'énergie avait été emportée par le neutrino invisible. Il s'est avéré que la probabilité de désintégration est de (4.4 ± 1.9 ± 1.0) × 10⁻⁷ — cela signifie que sur dix millions de mésons B, seulement environ quatre se désintègrent de cette manière. La précision est encore modeste, mais c'est le résultat le plus strict à ce jour.
Le neutrino interagit très peu avec la matière : pour l'arrêter, il faudrait une plaque de plomb d'une épaisseur d'une année-lumière.
Ce nombre impose des contraintes sur les théories qui prévoient des types supplémentaires de bosons de Higgs — les particules responsables de la masse. De plus, les scientifiques ont cherché des neutrinos stériles — des particules hypothétiques qui ne participent pas du tout à l'interaction faible. De telles particules pourraient emporter de l'énergie, modifiant le schéma de désintégration. Aucun signal n'a été trouvé, mais de nouvelles limites ont été établies sur leurs propriétés : si des neutrinos stériles de masse allant jusqu'à 1,5 GeV existent, ils se mélangent extrêmement faiblement avec les neutrinos ordinaires.
L'étude a également affiné une autre désintégration du méson B, où au lieu d'un muon, un électron ou un muon est produit avec d'autres particules. Là, la probabilité est plus élevée — environ 2,7 × 10⁻⁴, et la mesure est en accord avec les prédictions du modèle standard. Tout cela rappelle le tamisage du sable à la recherche de pépites d'or : la plupart des événements sont un bruit de fond ordinaire, mais de rares sursauts révèlent les lois profondes du monde microscopique.
La probabilité de désintégration du méson B en muon et neutrino est à peu près égale à la chance de gagner à la loterie en achetant un billet sur deux millions.
La recherche de neutrinos stériles évoque l'histoire de particules d'un monde parallèle qui ne se manifestent que rarement dans le nôtre.
Probabilité de désintégration du méson B positif en muon positif et neutrino muonique. La première incertitude est statistique, la seconde systématique.