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Le lepton tau est un lourd cousin de l'électron, qui vit moins d'un billionième de seconde. D'habitude, il se désintègre en particules plus légères, mais jamais directement en trois muons : une telle transition est interdite par les lois connues de la physique des particules. Si elle se produisait, cela signifierait que des forces inconnues agissent dans la nature.

Le modèle standard — la meilleure carte de l'infiniment petit — prédit que la désintégration du tau en trois muons est pratiquement impossible. Mais de nombreuses théories qui tentent d'aller au-delà de ce cadre autorisent un tel processus avec une probabilité observable. Chercher cette désintégration, c'est un peu comme vérifier s'il y a une porte dans le mur là où la carte n'en indique pas.

Les physiciens d'ATLAS ont analysé les données de collisions de protons à une énergie de 13 TeV, collectées sur trois ans. Ils ont cherché des événements où un boson W est produit, se désintègre en un tau et un neutrino, puis le tau se transforme en trois muons. Des algorithmes spécialisés ont sélectionné ces événements parmi des milliards. Au final, aucun signal n'a été détecté : les données sont compatibles avec le bruit de fond.

L'absence de désintégration a permis d'établir une nouvelle limite : la probabilité de désintégration du tau en trois muons est inférieure à 8.7×10⁻⁸ — soit moins d'une fois sur 11 millions de désintégrations du tau. C'est 20% plus strict que la limite précédente et cela donne une référence pour les futures théories et expériences.

Résumé original

tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2603.18099

A search for charged lepton flavour violation in $$\tau \to 3\mu$$ decays is performed in $$pp$$ collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV using ATLAS data collected between 2016 and 2018, corresponding to an integrated luminosity of 137 $$\text{fb}^{-1}$$. The search is optimised for the electroweak $$W \to \tau u$$ production channel, due to its higher trigger efficiency, but also considers potential signal events from heavy-flavour production. Data are collected using two-muon and three-muon triggers and a multivariate analysis is used to separate the signal from the background. An unbinned likelihood fit is then performed to the resulting three-muon invariant mass spectrum and the data are found to be compatible with the background-only hypothesis. The observed (expected) limit on the branching ratio $$B(\tau\to3\mu)$$ is found to be $$8.7\times 10^{-8}$$ ($$7.5\times 10^{-8}$$) at 90% CL.