Le lepton tau ne se désintègre pas en trois muons express
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.
Le lepton tau est 3500 fois plus lourd que l'électron et ne vit que 0.0000000000003 seconde.