Le LHC détecte une asymétrie cruciale entre matière et antimatière

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Équipe éditoriale du site web Innovation technologique - 17 juillet 2025

Vue d'artiste d'un baryon lambda beauté, composé d'un quark up, d'un quark down et d'un quark beauté. [Image : Daniel Dominguez/CERN]

Violation de parité de charge

Des scientifiques du Grand collisionneur de hadrons (LHC) ont identifié pour la première fois une différence dans le comportement de la matière et de l'antimatière dans les particules subatomiques qui constituent la majeure partie de l' Univers observable.

Le Big Bang aurait dû créer des quantités égales de matière et d'antimatière, mais nous n'en voyons quasiment pas dans l'Univers actuel. Une explication possible réside dans la découverte d'une différence de comportement entre la matière et l'antimatière, appelée violation de parité de charge.

L'équipe du détecteur LHCb a observé cette différence pour la première fois dans une classe de particules subatomiques appelées baryons, qui comprend les neutrons et les protons, eux-mêmes constituant les noyaux atomiques. Autrement dit, une violation de parité de charge a été constatée dans les particules qui constituent la majeure partie de la matière observable dans l'Univers.

Cette asymétrie dans le comportement de la matière et de l'antimatière est prédite par le Modèle standard de la physique et observée expérimentalement depuis plus de 60 ans dans des particules subatomiques appelées mésons (les bosons, les pions et les kaons en sont des exemples), mais elle n'avait jamais été observée auparavant dans les baryons. Contrairement aux mésons, qui sont constitués de deux quarks, les baryons sont constitués de trois quarks.

« La raison pour laquelle il a fallu plus de temps pour observer la violation de CP chez les baryons que chez les mésons est due à l'ampleur de l'effet et aux données disponibles », explique Vincenzo Vagnoni, porte-parole de LHCb. « Nous avions besoin d'une machine comme le LHC capable de produire un nombre suffisamment important de baryons et de leurs homologues d'antimatière, et d'une expérience sur cette machine capable d'identifier leurs produits de désintégration. Il a fallu plus de 80 000 désintégrations de baryons pour observer pour la première fois l'asymétrie matière-antimatière avec cette classe de particules. »

Illustration de la production de baryons lors d'une collision et de leur désintégration. [Image : 10.1038/s41586-025-09119-3]

Où est passée toute l’antimatière ?

L'asymétrie de parité de charge révèle une différence de comportement entre la matière baryonique et l'antimatière. Bien que cette violation ait été prédite, elle ne résout pas le problème du déséquilibre matière-antimatière dans l'Univers.

En fait, l'ampleur de la violation prédite par le Modèle standard est environ dix ordres de grandeur plus petite (1 x ¹⁰⁻¹⁰ ) que celle nécessaire pour expliquer l'asymétrie matière-antimatière observée dans l'Univers. Cela suggère l'existence de nouvelles sources de violation de la parité de charge, au-delà de celles prédites par le Modèle standard. La recherche de ces violations supplémentaires constitue un volet important du programme de physique du LHC, mais l'absence de résultats à ce jour indique qu'elle restera au cœur des préoccupations des futurs accélérateurs qui pourraient lui succéder.

Quoi qu'il en soit, la découverte expérimentale des détails de cette violation offrira des indices importants, ouvrant la voie à de nouvelles études théoriques et expérimentales sur la nature de la violation de la parité de charge. Ces découvertes ouvrent potentiellement la voie à la recherche d'une nouvelle physique au-delà du Modèle standard.

« Plus nous observons de violations de CP dans les systèmes et plus les mesures sont précises, plus nous avons d'opportunités de tester le modèle standard et de rechercher la physique au-delà de celui-ci », a conclu Vagnoni.

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