L’expérience BaBar révèle une nouvelle différence entre matière et antimatière

Communiqué commun CNRS/IN2P3 et CEA	9 juillet 2001

Une collaboration internationale souligne une nouvelle différence fondamentale entre la matière et l'antimatière dans le cadre de l’expérience BaBar, menée au Stanford linear accelerator center (SLAC, Californie). Ce résultat, qui confirme les prédictions du Modèle standard¹ , constitue un pas capital dans la longue traque d'un phénomène appelé violation de symétrie CP. Babar réunit plus de 600 physiciens et ingénieurs de neuf pays, dont la France, avec des équipes du CNRS/IN2P3 et du CEA²

Découverte en 1964³ , la violation de symétrie CP révèle l'existence d'une légère différence de comportement entre certaines particules de matière et leurs antiparticules. Cette brisure de symétrie permet d'envisager des scénarios cosmologiques susceptibles d'expliquer l'absence d'antimatière dans l'univers observable. La violation de CP implique aussi l'existence d'une asymétrie entre le passé et l'avenir, une "flèche du temps" au niveau subatomique.

Dans l'expérience Babar, les chercheurs ont observé les désintégrations d'un certain type de particules subatomiques, appelés mésons⁴ B, et de leurs antiparticules. Plus de 32 millions de paires particules-antiparticules ont ainsi été produites et analysées, depuis mai 1999, date de mise en service de l'expérience.
Grâce au détecteur de particules BaBar, les chercheurs ont mis en évidence une légère différence dans le taux de désintégration entre ces particules. Cette différence est caractérisée par un paramètre appelé sin 2ß, qui exprime le degré d'asymétrie entre matière et antimatière.
La valeur, qui vient d'être révélée par la collaboration Babar, est sin 2ß = 0.59 ± 0.14, une valeur différente de zéro, qui montre clairement la violation de symétrie CP pour les mésons B.

Avec ce résultat, la collaboration BaBar apporte une réponse à une énigme de la physique des particules datant de plus de trente sept ans. En effet, depuis l'observation initiale de la violation de la symétrie CP dans un autre système de particules-antiparticules, celui des mésons K (plus légers que les B), les physiciens se demandaient si ce phénomène était propre aux mésons K ou était au contraire une propriété fondamentale de la physique.

Tout en apportant la réponse à cette question, le nouveau résultat de BaBar ouvre la voie à toute une série de mesures qui devrait permettre une étude en profondeur de la violation de CP et pourrait, à terme, aider à comprendre pourquoi la matière est dominante dans notre univers.

Un événement dans le détecteur BaBar. Un électron et un positron se sont annihilés au centre du détecteur de vertex (en orange) de cette vue transverse du détecteur, produisant un méson B et son anti-partucle l'anti-B. L'un d'eux s'est désintégré (traces oranges) en une paire de muons (m⁺, m^-) et une paire de pions (p⁺, p^-), tandis que l'autre (traces rouges) décroit en un kaon K^- et 3 pions (p⁺, p⁺, p^-).

(1) Le Modèle standard rassemble toutes les connaissances théoriques, expérimentalement confirmées, sur les constituants de la matière et leurs interactions fondamentales.
(2) La collaboration BaBar comprend des équipes des laboratoires du CNRS/IN2P3 (laboratoire de l’accélérateur linéaire, Orsay ; laboratoire d’Annecy-le-Vieux de physique des particules ; laboratoire de physique nucléaire des hautes énergies, Ecole Polytechnique ; laboratoire de physique nucléaire et des hautes énergies, universités Paris 6/7) et du CEA/DSM/Dapnia (département d'astrophysique, de physique des particules, de physique nucléaire et d'instrumentation associée, Saclay).
(3) par James Christenson, René Turlay; James Cronin, Val Fitch qui valut à ces deux derniers un prix Nobel
(4) les mésons sont des particules composées d’un quark et d’un anti-quark. Les mésons B qui comportent un quark beau (b), sont très lourds (5 fois plus qu’un proton) et ont une durée de vie très courte. Les mésons K, plus légers que le proton, sont constitués d’un quark étrange (s).

Contact DAPNIA/SPP: Roy Aleksan e-mail : aleksan@hep.saclay.cea.fr (Tél: 01 69 08 33 47)

Contact Presse CEA: Corinne Borel e-mail : borel@aramis.cea.fr (Tél: 01 40 56 18 35)

Contact Presse CNRS: Stéphanie Bia e-mail : stephanie.bia@cnrs-dir.fr (Tél: 01 40 56 43 09)

Contact Presse IN2P3: Geneviève Edelheit e-mail : edelheit@admin.in3p3.fr (Tél: 01 44 96 47 60)