Le dépassement actuel du Modèle Standard ?

[daniel.lebois]

Bonjour,
Si on tient compte de la définition actuelle stricte du Modèle standard ( SM) de la Mécanique Quantique, quels exemples de résultats expérimentaux récents peut-on citer qui en démontrent ( ou démontreraient ) le dépassement ? Je pense en particulier à l'oscillation des neutrinos, la désintégration du méson B , le boson Z' ? . Y a -t-il aussi des violations de symétries observées ( sûres ou " en cours " ) qui ne seraient pas conformes au SM ? Et pour le boson de Higgs ( bien évidemment hypothétique à ce jour ), a-t-on une théorie conforme , unique, ou bien aurait-on quelques variantes ?
merci à l'avance pour vos infos.
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[Hermillon73]

Bonjour,

Au sens "strict", l'oscillation des neutrinos est au-dela du modele standard, effectivement.

Il ne me semble pas qu'il y ait des deviations notables du MS dans le secteur des mesons B, mais j'ai pu manquer un episode?

Le boson Z' n'est pas decouvert (c'est juste une/des particules apparaissant dans tout une gamme de modeles d'extension du MS)

Higgs : plethore de theories: on a l'habitude de presenter le "Higgs du modele standard", car il faut avouer que c'est assez elegant, mais que ca laisse pas mal de questions ouvertes, sans parler que dans un "MS strict" avec juste un Higgs et rien d'autre, on a quelques soucis pour comprendre la-dite masse du boson de Higgs (et c'est un indice qu'il faut "autre chose" que le MS). Mais apres, ca va de "pas de Higgs du tout", a plusieurs dans les modeles supersymetriques par exemple.
Dans le cadre strict MS, je ne connais pas de variante differentes pour construire le secteur du Higgs, par contre.


A votre liste d'evidence, j'ajouterais bien la violation de CP necessaire dans les modeles inflationistes actuels, pour expliquer l'absence d'antimatiere. Parce que la, la violation de CP de type MS est insuffisante. (N'etant pas cosmologiste, je pense que d'autres plus competents presiseront). Quelque part, c'est aussi un indice qu'il doit y avoir "autre chose" que le MS.

Cordialement.

[daniel.lebois]

Bonjour et merci pour ces renseignements intéressants;
Donc si je résume, d'après vos informations, ( hors les problémes complexes liés à la masse elle-même du boson de Higgs, et à la violation de CP dans le modèle cosmologique inflationnaires, théorie "quasi standard " aussi, me semble-t-il ), il n'y aurait que l'oscillation des neutrinos qui dépasse réellement les prédictions du Modéle Standard .( Pour info , étant ingénieur en retraite, je ne suis "spécialiste" que de ma passion pour la physique des particules, notamment avec le démarrage du LHC du CERN )
A vous lire ...

[Hermillon73]

Bonjour et merci pour ces renseignements intéressants;
Donc si je résume, [...] il n'y aurait que l'oscillation des neutrinos qui dépasse réellement les prédictions du Modéle Standard .
A vous lire ...

Re-bonjour,

Oui.

Si vous etes passionnes et courageux, je pense que vous pouvez essayer de feuilleter les divers contenus de http://pdg.lbl.gov/2009/reviews/contents_sports.html. Notamment, la table 10.5 du chapitre "Electroweak Model and constraints on New Physics" (dans "standard model and related topics"), qui vous donnera les ecarts au modele standard pour environ 35 mesures. (j'espere que ces pages sont accessibles a tout le monde?)

Cordialement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gwyddon]

Bonjour,

Je vais commencer ma réponse par rappeler que stricto sensu le Modèle Standard (MS) en physique des particules est le modèle basé sur l'algèbre de Lie SU(3)xSU(2)xU(1) (ie interaction forte + interaction électrofaible) avec brisure spontanée de symétrie électrofaible via un seul champ de Higgs. Dans ce modèle, les neutrinos n'ont pas de masse car seuls des neutrinos gauches sont incorporés dans le modèle (jamais un neutrino droit n'a été observé).

Pour l'instant le seul fait expérimental qui est incontestablement au-delà du MS est effectivement l'oscillation de neutrinos. Cette dernière implique qu'au moins un des trois neutrinos est massique, or ceci ne peut pas s'expliquer dans le cadre du MS tel que défini ci-dessus.

On peut s'en accommoder, mais il faut alors plusieurs ingrédients :

_ soit on ajoute une masse dite de Dirac, ce qui revient à introduire des neutrinos droits dans le MS. Il faut alors pouvoir expliquer pourquoi nous ne les avons jamais observés : sont-ils très lourds ? Mais alors il faut pouvoir utiliser un mécanisme qui différencie les droits des gauches (pas simple !)

_ soit on rajoute une nouvelle génération de neutrinos dits stériles, qui sont très lourd, et on utilise à la fois des termes de masse dit de Dirac et de Majorana ; dans ce cas on peut via un mécanisme de balance (seesaw) en anglais arriver à générer de façon naturelle deux échelles de masse des neutrinos, des très lourds (les candidats stériles) et des très légers (ceux habituels).

Mais tout ça est déjà dans le cadre de la physique au-delà du MS.



Il existe ensuite tout un autre ensemble de faits expérimentaux qui pointent vers la physique au delà du MS, sans être pour autant incontestables (soit de par leur trop faible significativité statistique, soit pour des raisons d'interprétation) :

_ la physique des mésons B : certains effets - pour l'instant non statistiquement significatifs d'une découverte - ont été mis évidence ces 2 dernières années.

_ Le rapport gyromagnétique du muon (g-2) dont la valeur expérimentale s'éloigne de 3 sigma de la valeur prédite par le MS (encore une fois ce n'est pas statistiquement significatif d'une découverte - il faudrait parler de 5 sigma dans le langage des physiciens pour cela).

_ la matière noire : plein d'observations pointent vers l'existence d'une composante encore inconnue de la matière et n'interagissant que très faiblement avec la matière ordinaire. Or pour pouvoir la décrire il faut nécessairement aller au-delà du MS car aucune particule actuelle ne remplit les conditions pour décrire la matière noire. Ceci dit ces observations cosmologiques sont conditionnées par la confiance que l'on a dans les bases du modèle descriptif des observations, à savoir principalement la relativité générale. Peut-être que la matière noire est en fait un artefact, et qu'il faudrait modifier la relativité générale à grande échelle (voir les théories MOND)




Du côté de la physique théorique, il existe plein d'arguments qui "donnent envie" d'aller au delà du MS. Parmi eux :

_ l'unification des interactions forte et électrofaible

_ la stabilisation de la prédiction de la masse du boson de Higgs

_ la compréhension profonde du mécanisme de brisure spontanée de symétrie (si cette brisure pouvait s'expliquer dynamiquement ce serait top - dans le cadre du MS elle se fait de manière ad hoc)

_ la compréhension des familles - la violation CP (pourquoi 3 familles ? Comment expliquer l'asymétrie matière/antimatière au mieux au niveau élémentaire ?)

_ incorporer la gravitation dans le schéma (supergravité, supercordes, gravitation quantique à boucle, dynamique non commutative ?)


Cordialement,

G.

[daniel.lebois]

Merci pour ces diverses infos et références .
Mais au fait, dans la mesure où on considérerait comme acquises les toutes récentes déterminations sur la taille du proton (plus petite d'environ 4 % ! ), ceci dépasserait-il alors les limites actuelles du SM ? Dans l'interdépendance des Constantes physiques, la masse du proton intervient très certainement, mais sa taille ? Que pensez-vous de tout cela ?

[Hermillon73]

Merci pour ces diverses infos et références .
comme acquises les toutes récentes déterminations sur la taille du proton (plus petite d'environ 4 % ! ), ceci dépasserait-il alors les limites actuelles du SM ?

Bonsoir,

Cette mesure est a classer pour moi dans le meme lot que le facteur gyromagnetique du muon, les mesons B, les asymetries avant-arriere: il y a une deviation importante par rapport au modele standard, mais chaque mesure individuelle ne nous en dit guere plus (mais misent ensemble, on va dire que cela forme un faisceau de presomptions).

Pour la mesure de Rp avec les atomes muoniques, j'attendrais de plus que l'experience soit repetee (on n'est jamais a l'abris d'une erreur experimentale, ou d'une erreur systematique mal comprise ou mal maitrisee). On peut aussi imaginer que des calculs aux ordres superieurs donnent des corrections suffisantes et permettent de retomber sur nos pattes. Je n'ai pas relu l'article, mais calculer les coefficients A,B et C intervenant dans l'equation
delta E = A+BxRp^2+CxRp3 (de memoire)
utilisee pour extraire Rp, ne m'a pas paru trivial au premier abord.

Bref, wait and see.
Cordialement.

[daniel.lebois]

Merci Hermillon73, j'ai bien trouvé le tableau 10-5 en question dans le chapitre " Electroweak model ... " , et j'ai parcouru tout le Chapitre !
On y trouve effectivement une petite quarantaine de données, certaines dans la colonne " Value", les autres dans une colonne " SM", ces dernières, j'imagine, étant celles calculées d'après les valeurs officielles des données du SM ( tautologie ! ); bien sûr, on observe des écarts plus ou moins grands, ce qui est la caractéristique de toute mesure physique .
Gwydon fait état d'une valeur (g-2 ) du rapport gyromagnétique ; je ne sais si c'est l'avant dernière valeur du tableau, effectivement assez décalée ? ou bien toute autre chose ... ?
A vous lire

[Hermillon73]

Merci Hermillon73, j'ai bien trouvé le tableau 10-5 en question dans le chapitre " Electroweak model ... " , et j'ai parcouru tout le Chapitre !
On y trouve effectivement une petite quarantaine de données, certaines dans la colonne " Value", les autres dans une colonne " SM", ces dernières, j'imagine, étant celles calculées d'après les valeurs officielles des données du SM ( tautologie ! ); bien sûr, on observe des écarts plus ou moins grands, ce qui est la caractéristique de toute mesure physique .
Gwydon fait état d'une valeur (g-2 ) du rapport gyromagnétique ; je ne sais si c'est l'avant dernière valeur du tableau, effectivement assez décalée ? ou bien toute autre chose ... ?
A vous lire

Oui, c'est celle-la. De memoire, vous devez avoir aussi A_FB (asymetrie avant arriere) qui doit devier de ~2,5 ecarts standard. (la deviation "Pull" est celle sans fixer la valeur de la masse du Higgs a priori, et celle "Dev" est avec la masse du Higgs fixee a la valeur donnant le meilleur accord avec les mesures actuellement je pense. J'ai pas le PDG sous les yeux, mais cela doit etre explique dans le texte. Si vous avez ete assez courageux pour lire tout le chapitre, je vous encourage a lire les autres aussi (enfin, peut etre pas tout, mais la partie cosmologie me semble lisible, alors que la partie QCD l'est sans doute moins), meme si certaines subtilites vous echappent, c'est lisible par des passionnes quand meme, et tres riche en informations, vu la forme ultra-condensee.

Bon courage!
Cordialement.

[Hermillon73]

Re-bonsoir,

Je vous conseille aussi, meme si c'est sans doute plus ardu:
http://lepewwg.web.cern.ch/LEPEWWG/

Il y a un lien vers un article de 18 pages (summary of summer-2009 status) qui pourrait vous interesser.
Je ne retrouve pas le lien, mais si cela vous interesse, il y a la version longue (une compilation de tous les resultats LEP en une grosse 20aine de chapitres, avec la description de toutes les mesures, erreurs systematiques, methode de combinaison des resultats entre experience, etc.). Si cela vous parait abordable, je peux essayer de trouver la reference.

Bonne soiree.

[daniel.lebois]

Ah, je suis bien éclairé sur les deux colonnes "Pull" et "Value" ! Merci.C'est plus clair .
Pour la méthode de calcul du Rp j'ai effectivement trouvé dans un document très complet en anglais une formule du type :
delta(2P-2S) = A + B.Rp^2 + C.Rp^3; c'est donc bien cela.
Je repose cependant le problème de savoir si Rp intervient ou pas dans les valeurs officielles du SM ; sa masse oui, son rayon ?? je ne sais pas .
J'ai beaucoup de bonnes lectures en vue, même si j'ai déjà lu pas mal de choses depuis assez longtemps, mais pas à un niveau fondamental suffisant ! Aussi j'aurai grand plaisir à m'instruire petit à petit, notamment dans tous les concepts ( parfois nouveaux pour moi ), tels par ex celui que vous m'indiquez : A_Fb ; c'est la même chose pour certaines formulations mathématiques qui m'échappent, mais je fais confiance ( à tord ou à raison ? ) aux rédacteurs ...
Mes excuses à l'avance pour certaines questions de forme ou de fond qui pourront vous étonner, et encore merci pour vos encouragements.

[chaverondier]

Bonjour,
Si on tient compte de la définition actuelle stricte du Modèle standard ( SM) de la Mécanique Quantique, quels exemples de résultats expérimentaux récents peut-on citer qui en démontrent (ou démontreraient ) le dépassement ?

Il y a une activité de recherche non négligeable dans le domaine de l'extension du Modèle Standard (Standard Model Extension) activité de recherche dans laquelle Alan Kostelecky a joué et continue à jouer un rôle important.
Je le cite (cf. http://physics.indiana.edu/~kostelec/faq.html) :
"We have shown in our publications that arbitrary Lorentz and CPT violations are quantitatively described by a theory called the Standard-Model Extension, which is a modification of the usual Standard Model of particle physics and Einstein's theory of gravity, General Relativity...
...Here, the vacuum fills with quantities that are oriented in the four-dimensional sense, breaking Lorentz invariance and (under some circumstances) CPT." Autrement dit, on a un vide rempli d'un champ de quadri-vecteurs de type temps (un référentiel privilégié si on préfère) (1).

On a un peu de mal à trouver un document insistant sur les motivations de cet axe de recherche, or c'est quand même ce qu'on a envie de bien comprendre avant de rentrer dans les détails d'une construction théorique en cours d'élaboration.

En fait, la motivation du SME (non, non, pas celui qui a disparu) c'est la recherche d'une théorie unifiant (au prix de légères violations d'invariance de Lorentz) la Relativité Générale avec le Modèle Standard, l'invariance de Lorentz devenant alors une symétrie émergeant à "basse" énergie. L'hypothèse qui motive cette construction est, en effet, celle selon laquelle la physique associée à l'échelle de Planck pourrait se traduire par de minuscules violations d'invariance de Lorentz comme le suggèrent les travaux d'Alan Kostelecky engagés puis intensivement poursuivis depuis la fin des années 80.

Je cite, à titre d'exemple, quelques unes des expériences dans lesquelles ces minuscules violations d'invariance de Lorentz sont recherchées (cf : http://physics.indiana.edu/~kostelec/faq.html#8)

"In the context of the Standard-Model Extension, one cannot identify a single best test for Lorentz or CPT symmetry because the theory contains different kinds of coefficients to which only certain experiments may be sensitive. For example, the bounds on CPT violation from the measurement of the fractional mass difference between a kaon and an antikaon and those from comparisons of hydrogen and antihydrogen are sensitive to completely different coefficients in the Standard-Model Extension. We have performed theoretical studies of several kinds of experiments to date, including:

• observations of neutrino oscillations
• observations of neutral-meson oscillations
• clock-comparison tests on Earth and in space
• studies of the motion of a spin-polarized torsion pendulum
• spectroscopy of hydrogen and antihydrogen
• comparative tests of QED in Penning traps
• determination of muon properties
• measurements of cosmological birefringence
• tests with microwave cavities and lasers
• observation of the baryon asymmetry
• tests of post-newtonian gravity"

En tout cas, à tout hasard, si le sujet vous intéresse :
Overview of the SME: Implications and Phenomenology of Lorentz Violation, Authors: Robert Bluhm
http://arxiv.org/abs/hep-ph/0506054
plus particulièrement le paragraphe 2 Motivations

(1) Bizarrement, je n'ai rien trouvé faisant le lien de ces recherches avec une interprétation réaliste de la non localité de la mesure quantique. Peut-être n'y en a-t-il pas, mais le moins qu'on puisse dire c'est que cette absence de lien est extrêmement surprenante.

[daniel.lebois]

Il y a des informations intéressantes, notamment beaucoup relatives aux transformations de Lorentz (et il me semble reconnaître un très bon spécialiste de ce sujet, lors de divers échanges captivants dans un ancien forum de physique ...! ? ça doit dater ! ) Au fait, j'ai lu à ce sujet, qu'il y avait certaines définitions ce ces transformations de Lorentz, différentes selon qu'on parle de Relativité ou de MQ . Ce serait bien de les préciser ici ; indépendamment de cela, les références concernent le Standard Model Extension (SME) et non le SM strict . Mais on a le sentiment celui-ci va certainement être bientôt "débordé " .
Qui pourrait confirmer, ce que la modification importante du rayon du proton Rp ( si confirmé ) pourrait avoir comme conséquences théoriques principales ? Je n'ai encore rien lu de précis à ce sujet .
Cordialement .

[Spineur]

Un test commun pour chercher des effets au-delà du MS est l'unitarité de la matrice CKM. Dans le MS, on lui impose d'être une matrice unitaire et on aime bien chercher de petites violations des angles de mélange des saveurs.
(Ca revient à chercher de la violation de CP)

[Karibou Blanc]

Dans le MS, on lui impose d'être une matrice unitaire

Ce n'est pas une hypothèse supplémentaire (au MS), comme cette formulation le laisse croire. Dans le MS, la matrice CKM *est* unitaire, par contruction.

on aime bien chercher de petites violations des angles de mélange des saveurs.

Une manière de tester cette prédiction du MS (ie unitarité de la matrice CKM), consiste expérimentalement à mesurer les divers angles de mélange. J'ai plus le nombre précis en tête, mais il me semble que l'unitarité de CKM dans le MS est prouvée expérimentalement avec une précision de 10^(-3).

Ca revient à chercher de la violation de CP

La violation de CP est a priori indépendante de la violation des symétries de saveur (ie les deux symétries sont brisées par des parametres différents). Donc l'une ne revient pas à l'autre. En revanche, ajouter des fermions supplémentaires au MS, implique une matrice CKM "étendue" (4x4) qui contient des phases supplémentaires capable a priori de violer CP.