La violation de la symétrie CP par l’interaction faible a été observée en 1964 dans les kaons neutres, une découverte récompensée par le prix Nobel en 1980. Ce phénomène a également été constaté en 2001 dans les mésons B neutres et en 2019 dans les mésons D neutres.
Le détecteur LHCb du LHC (CERN) l’observe pour la première fois dans les baryons,plus précisément dans les baryons Lambda Neutres beaux,constitués de trois quarks.
La désintégration du baryon λ⁰b → P k⁻ π⁺ π⁻ a été comparée à la désintégration de son antiparticule. Les résultats montrent un nombre de désintégrations de N (particule) = (4,184 ± 0,025) × 10⁴ et n (antiparticule) = (3,885 ± 0,023) × 10⁴, ce qui implique une asymétrie à (CP) = (2,45 ± 0,46 ± 0,10) %, différente de zéro à 5,2 écarts types. Cette découverte ouvre la voie à l’observation de l’asymétrie CP dans de nombreux baryons.
Le modèle standard prédit que l’asymétrie CP dans les mésons implique son existence dans les baryons, grâce au mécanisme de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM). Ce résultat a mis plus de temps que prévu à être confirmé. En effet, pour le méson B⁰s → K⁻ π, une asymétrie CP de (23,6 ± 1,7) % a été observée. Une asymétrie similaire était attendue dans la désintégration du baryon λ⁰b → p k⁻,ou λ⁰b → p π⁻,mais elle n’a pas été observée,du moins au-dessus de 0,7 %. De même,pour le méson B⁺ → π⁺π⁻,une asymétrie de 75 % est observée,alors qu’aucune n’est observée dans λ⁰b → P k⁺ k⁻ en dessous de 20 % (avec 3,1 écarts types).Cela n’a pas non plus été observé dans les baryons étranges, ni dans les baryons charmés. La cause de cette divergence reste inconnue.
L’asymétrie dans le baryon λ⁰B peut être calculée dans différentes régions de l’espace des phases. Par exemple, pour λ⁰b → r (p π⁺ π⁻) k⁻, elle est observée à (cp) = (5,4 ± 0,9 ± 0,1) %, une différence par rapport à zéro à 6,0 écarts types. Elle est également significative pour λ⁰b → r (p k⁻) r (π⁺ π⁻), où (cp) = (5,3 ± 1,3 ± 0,2) % est observé.
Il s’agit d’une étape importante,qui a mis plus de temps que prévu à être franchie.
Comme le montrent ces diagrammes de Feynman, la désintégration λ⁰b → p k⁻ π⁺ π⁻ peut se produire au niveau de l’arbre (tree), via un boson w⁻ (en utilisant les VUB et VUD de la matrice CKM), à travers (UD) B → (UD) UW⁻ → (UUD) (su), c’est-à-dire λ⁰b → P K⁻, avec des gluons donnant naissance à une paire π⁺ π⁻, ou au niveau de la première boucle (loop), via une boucle TW⁻ (en utilisant les valeurs VTB et VTD), à travers (UD) B → (UD) DT → (UUD) (UD), c’est-à-dire λ⁰b → P π⁻, avec des gluons donnant naissance à une paire π⁺ k⁻. Ainsi,l’asymétrie CP nécessite la désintégration d’un baryon en un baryon et un méson,accompagné d’une paire Méson-Antiméson. Dans les années à venir, l’asymétrie CP sera également observée dans la désintégration λ⁰b → P π⁻ k⁺ k⁻ (bien que moins probable).
L’origine de l’asymétrie CP est l’interférence quantique entre les deux types de désintégration faible de type λ⁰b → P π⁻ k⁺ k⁻,à la fois au niveau de l’arbre et au niveau de la boucle,dont les phases dues à l’interaction faible (ϕ) ont des signes opposés,bien que leurs phases dues à l’interaction forte (δ) aient le même signe. Comme le montre la formule, le résultat est un terme d’interférence quantique qui dépend des différences de phases faibles (ΔITA) et fortes (Δδ). Des processus similaires sont responsables de l’asymétrie CP entre les mésons.
Une observation à cinq sigmas est toujours visible à l’œil nu. La figure montre le résultat sans aucun doute. L’axe des abscisses représente la masse invariante pour les quatre produits de la désintégration (proton, kaon négatif et pion-antipion pour la particule à gauche, et antiproton, kaon positif et pion-antipion pour l’antiparticule à droite). La formule dans la partie supérieure est celle utilisée pour estimer l’asymétrie à (CP) à partir des nombres de désintégrations en bas (fond).
Découverte de l’Asymétrie CP dans les Baryons : Une Étape importante en Physique des Particules
Introduction
La violation de la symétrie CP, un phénomène qui implique une différence entre la matière et l’antimatière, a été détectée pour la première fois dans les kaons neutres en 1964. Ce texte explore la récente observation de ce phénomène dans les baryons, plus précisément dans les baryons Lambda Neutres beaux (λ⁰b).
contexte et Découverte
L’expérience LHCb au CERN a réalisé cette observation cruciale. L’étude portait sur les désintégrations de baryons λ⁰b en comparant celles de la particule et de son antiparticule.
Résultats
Désintégrations observées: N (particule) = (4,184 ± 0,025) × 10⁴ et n (antiparticule) = (3,885 ± 0,023) × 10⁴.
Asymétrie CP mesurée: (2,45 ± 0,46 ± 0,10) % (différente de zéro à 5,2 écarts types).
Implications et Comparaisons
Le modèle standard prédit l’existence de l’asymétrie CP dans les baryons, en se basant sur son observation dans les mésons. Cette prédiction a mis du temps à être confirmée.
| Phénomène | Observations |
| ————————————— | ——————————————————————————————————————————————– |
| Violation CP dans les Kaons | Observée en 1964 |
| Violation CP dans les Mésons B neutres | Observée en 2001 |
| Violation CP dans les Mésons D neutres | Observée en 2019 |
| Violation CP dans le Méson B⁰s → K⁻ π | Asymétrie de (23,6 ± 1,7) % |
| Violation CP dans le Baryon λ⁰b → p k⁻ | Pas observée (au-dessus de 0,7 %) |
| Violation CP dans le baryon λ⁰b → p π⁻ | Pas observée (au-dessus de 0,7 %) |
| Violation CP dans le Méson B⁺ → π⁺π⁻ | Asymétrie de 75 % observée |
| Violation CP dans le Baryon λ⁰b → P k⁺ k⁻ | Pas observée (en dessous de 20 % avec 3,1 écarts types) |
Asymétrie CP Calculée
L’asymétrie CP a également été calculée dans différentes régions de l’espace des phases, notamment pour:
λ⁰b → r (p π⁺ π⁻) k⁻ : (5,4 ± 0,9 ± 0,1) % (6,0 écarts types).
λ⁰b → r (p k⁻) r (π⁺ π⁻) : (5,3 ± 1,3 ± 0,2) %.
Mécanismes Physiques
L’asymétrie CP résulte de l’interférence quantique entre différents types de désintégrations faibles. Les diagrammes de Feynman illustrent ces cas.
FAQ
Q: Qu’est-ce que la symétrie CP ?
A: Une symétrie qui combine le changement de charge (C) et la conversion miroir (P).
Q: Qu’est-ce que la violation de la symétrie CP ?
A: Une différence de comportement entre la matière et l’antimatière.
Q: qu’est-ce qu’un baryon ?
A: Une particule subatomique composée de trois quarks.
Q: Qu’est-ce qu’un méson ?
A: Une particule subatomique composée d’un quark et d’un antiquark.
Q: Où a été observée cette violation de la symétrie CP ?
A: Dans les baryons Lambda Neutres beaux (λ⁰b) au lhcb.
Q: Quelle est la signification de cette découverte ?
A: elle confirme le modèle standard et ouvre la voie à l’étude de l’asymétrie CP dans plus de baryons.
