Une pierre lourde tombe dans un étang, et des cercles se propagent à la surface avec un motif particulier — on peut en déduire ce qui se cache sous l'eau. C'est à peu près ainsi que les physiciens étudient les désintégrations de particules : des transformations rares où une particule lourde devient soudainement légère, en émettant de la lumière ou une paire de particules chargées. Dans ce nouveau travail, un tel processus a été calculé pour la première fois pour une particule appelée baryon xi — un « poids lourd » du monde des particules subatomiques.
Le baryon xi contient un quark b lourd modèle standard (une particule qui compose, par exemple, le proton, mais beaucoup plus lourde) et deux quarks plus légers. Lorsque le quark b se transforme en un autre quark plus léger, toute la particule change : au lieu du baryon xi, on obtient une autre particule — le baryon lambda. Ces transformations sont décrites par des formules complexes qui dépendent de la répartition des charges et des courants à l'intérieur de la particule. Ces « formules » sont appelées facteurs de forme, et ce sont précisément eux que les auteurs ont calculés à l'aide d'une méthode appelée QCD sur réseau. La QCD sur réseau est une méthode de calcul où l'espace et le temps sont divisés en minuscules cellules, comme une grille, et où l'on résout les équations sur cette grille à l'aide de superordinateurs.
Les calculs ont montré à quelle fréquence le baryon xi se désintègre en émettant de la lumière (photon) ou en créant une paire de particules — un muon et un antimuon (des cousins lourds de l'électron). Ces désintégrations sont extrêmement rares : environ une fois sur un milliard de cas. Mais c'est précisément dans cette rareté que réside leur valeur. Si une expérience découvre que la désintégration se produit plus souvent ou moins souvent que ne le prédit la théorie actuelle (le modèle standard), ce serait un signe de l'existence de nouvelles particules ou forces dont nous ignorons encore tout.
Le résultat est une carte grâce à laquelle les expérimentateurs du Grand collisionneur de hadrons et d'autres installations pourront chercher des écarts par rapport aux prédictions. Comme le motif sur l'eau peut révéler la profondeur de l'étang, les désintégrations rares du baryon xi aideront à voir au-delà de la physique connue.
Le baryon xi vit moins d'un milliardième de seconde, mais pendant ce temps, il parcourt plusieurs centimètres dans le détecteur — assez pour laisser une trace visible.