Depuis plus de 10 ans, la mesure des propriétés magnétiques du muon est en désaccord avec les prédictions théoriques, suggérant une lacune du modèle standard de la physique des particules. Ce 7 avril 2021 a été dévoilé le premier résultat de l’expérience Muon g-2 de Fermilab, qui mesure l’une des propriétés du muon, son moment magnétique.
Un muon est environ 200 fois plus massif que son cousin l'électron. Tous deux agissent comme s'ils possédaient un minuscule aimant interne (lié à leur spin 1/2). Dans un champ magnétique puissant, la direction de l'aimant du muon oscille comme l'axe d'une toupie. La force de l'aimant interne détermine la vitesse de précession du muon dans un champ magnétique externe : ce "facteur g" constitue un test de haute précision du Modèle Standard (à 11 chiffres significatifs après la virgule).
Une collaboration à laquelle appartiennent Michel Davier et Zhiqing Zhang (Pôle PHE) a joué un rôle déterminant dans le calcul de la prédiction théorique de référence. Pour déterminer la contribution de polarisation hadronique du vide qui limite la précision du calcul, cette collaboration a utilisé des mesures effectuées auprès de collisionneurs électron-positon. L'écart entre cette estimation théorique et le résultat de Fermilab atteint 4,2 sigmas : la probabilité que les résultats soient une fluctuation statistique est d'environ 1 sur 40 000.
Toutefois, une méthode différente a été récemment suivie par une équipe européenne de physiciens théoriciens, et elle réduit l’écart avec la valeur expérimentale. Ils ont calculé cette contribution ab initio en résolvant numériquement les équations du Modèle Standard par l'approche QCD sur réseau grâce à plusieurs supercalculateurs européens massivement parallèles. Pour la première fois, un tel calcul rivalise en précision avec l'approche de référence. Pour trancher, il faudra attendre que ce calcul théorique soit confirmé par d’autres équipes et comprendre d’où viennent les différences entre les deux approches.
Pour en savoir plus : Le site internet de Fermilab.