Le CMS utilise des substrats neutres pour détecter avec précision les différences entre la matière et l'antimatière.

Le groupe de collaboration CMS a récemment publié des résultats de recherche utilisant le plus grand échantillon de baryons bottom, effectuant ainsi un test de haute précision des fines différences potentielles entre la matière et l'antimatière.

Un baryon bottom peut se convertir en son antiparticule, et vice versa. Image source : Ansar Iqbal/CMS

La physique s'intéresse depuis longtemps à une question fondamentale : selon la théorie actuelle, le Big Bang devrait produire des quantités presque égales de matière et d'antimatière, mais l'univers réel est composé presque entièrement de matière ordinaire. Une clé pour expliquer ce déséquilibre réside dans les petites différences de comportement entre la matière et l'antimatière, appelée violation de la charge-parité (CP).

Cette recherche se concentre sur les baryons bottom neutres. Les baryons bottom neutres sont composés d'un anti-bottom quark et d'un down quark, et ont la propriété de se convertir spontanément en leur propre antiparticule, et vice versa. En comparant de petites différences dans les fréquences de désintégration de l'état matière et de l'état antimatière au fil du temps, les chercheurs peuvent effectuer des tests plus précis du modèle standard.

Le groupe de collaboration CMS a analysé les données de collisions proton-proton collectées entre 2022 et 2025, reconstruisant environ 1,4 million de processus spécifiques de désintégration impliquant des baryons B⁰ contenant un down quark, ainsi que 16 000 baryons B⁰s contenant un strange quark. Une tâche cruciale dans cette recherche consistait à déterminer le type de chaque baryon au moment de sa production, c'est-à-dire quel était son état initial avant qu'il ne se désintègre en un méson J/ψ et un méson K neutre.

Pour améliorer la précision de l'identification, CMS a utilisé des algorithmes basés sur une intelligence artificielle avancée, combinant des informations provenant d'électrons, de muons et de jets associés aux événements de collision, ainsi que des informations sur les particules produites à proximité du baryon B⁰s. Par rapport aux analyses précédentes, cette méthode améliore considérablement la capacité de l'expérience à discriminer l'état initial du baryon.

Les résultats montrent que la violation de CP mesurée est cohérente avec les prédictions du modèle standard. La mesure de la violation de CP dans le processus où le baryonne B⁰s se désintègre en un méson J/ψ et en un méson K neutre atteint la précision la plus élevée enregistrée à ce jour. Une étude simultanée de la désintégration du baryon B⁰ fournit également une base importante pour tester les mêmes mécanismes physiques potentiels.

Le groupe de collaboration CMS a déclaré que ces résultats approfondissent notre compréhension des phénomènes de violation de CP dans les baryons bottom et fournissent des contraintes plus strictes sur les contributions éventuelles de nouvelles particules. Avec la phase de haute luminosité du Grand collisionneur de hadrons (LHC) fournissant davantage de données, les mesures de violation de CP devraient être encore améliorées en termes de précision, offrant ainsi des indices expérimentaux plus approfondis pour comprendre le problème de l'asymétrie matière-antimatière.