L’équipe de l’ATLAS, collaborant avec le Grand collisionneur de hadrons (LHC), a publié une nouvelle mesure de haute précision du temps de vie du méson B0 électriquement neutre, un hadron composé d’un anti-quark bottom et d’un quark down.
**À la recherche de la vérité**
Les mésons B sont constitués de deux quarks, dont un quark bottom. L’étude de ces particules a permis aux physiciens d’explorer des phénomènes rares et prédits avec précision, obtenant ainsi des informations précieuses sur les interactions médiées par la force faible et la dynamique des états liés des quarks lourds. La mesure précise du temps de vie du méson B0, la durée moyenne de son existence avant de se désintégrer en d’autres particules, revêt une importance cruciale dans ce contexte.
**Une précision sans précédent**
L’étude ATLAS s’est concentrée sur la désintégration du méson B0 en un kaon neutre excité (K*0) et un méson J/ψ, ce dernier se désintégrant ensuite en une paire de muons tandis que le K*0 est étudié par sa désintégration en un pion chargé et un kaon chargé. L’analyse repose sur les données des collisions proton-proton recueillies par le détecteur ATLAS lors de la deuxième période d’exploitation du LHC (2015-2018), représentant un ensemble de données impressionnant de 140 femtobarns inverses (1 femtobarn inverse correspond à environ 100 000 milliards de collisions proton-proton).
**Un héritage précieux**
Les chercheurs de l’ATLAS ont mesuré le temps de vie du méson B0 à 1,5053 picosecondes (1 picoseconde (ps) est un milliardième (10^-12) de seconde), avec une incertitude statistique de 0,0012 ps et une incertitude systématique de 0,0035 ps. Ce résultat est le plus précis à ce jour et améliore considérablement les mesures précédentes, y compris un résultat ATLAS antérieur.
**Le temps et la largeur**
Outre la mesure du temps de vie du méson B0, l’équipe de l’ATLAS a calculé sa « largeur de désintégration ». La largeur est un paramètre fondamental de toute particule instable ayant une durée de vie finie. Plus la durée de vie est courte, plus la largeur de désintégration est large, une conséquence directe de la relation d’incertitude de Heisenberg en mécanique quantique. La largeur de désintégration du méson B0 a été mesurée à 0,664 picosecondes inversées (ps^-1), avec une incertitude totale de 0,004 ps^-1.
**Une conformité qui apporte des éclairages**
Les chercheurs ont ensuite comparé ce résultat à une mesure précédente de la largeur de désintégration du méson B_s0 (composé d’un quark bottom et d’un quark étrange). Ils ont constaté que le rapport des largeurs de désintégration était cohérent avec l’unité, reflétant les valeurs proches des largeurs mesurées. Ces résultats sont conformes aux prédictions du modèle de quark lourd et peuvent être utilisés pour affiner davantage ces prédictions.
**L’avenir de la physique des particules**
Ces nouvelles mesures de précision de l’ATLAS améliorent notre compréhension des désintégrations médiées par la force faible dans le modèle standard et fournissent des données précieuses pour les développements théoriques futurs.
Mots-clés : ATLAS, Grand collisionneur de hadrons, Méson B0,