L'expérience muon g-2 du Fermilab repousse les limites de la détection directe du moment dipolaire électrique du muon

Le 12 août 2026, la collaboration muon g-2 a annoncé qu'une nouvelle analyse basée sur 25 % des données de l'expérience muon g-2 menée au Fermilab du Département de l'énergie des États-Unis a fourni le résultat de détection directe le plus sensible à ce jour pour le moment dipolaire électrique du muon. Les résultats montrent que si le moment dipolaire électrique du muon existe, sa magnitude est inférieure à la portée de détection actuelle de l'expérience.

Les valeurs du moment dipolaire électrique du muon mesurées par le Fermilab à différentes périodes de collecte de données ont été comparées aux résultats antérieurs du Laboratoire national de Brookhaven. La valeur combinée du Fermilab est cohérente avec zéro (non observé). Bien que l'expérience utilise des muons positifs, les résultats sont généralement rapportés pour les muons négatifs, ce qui entraîne une inversion du signe de la valeur mesurée. Crédit image : collaboration muon g-2

L'expérience muon g-2 est principalement conçue pour mesurer le moment dipolaire magnétique du muon. L'expérience injecte des antiparticules de muons se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière — des antimuons ou muons positifs — dans un anneau de stockage magnétique supraconducteur d'environ 50 pieds de diamètre, où les particules circulent des centaines de fois avant de se désintégrer. Des détecteurs disposés autour de l'anneau de stockage enregistrent les produits de désintégration, aidant ainsi les chercheurs à déterminer la précession des muons dans le champ magnétique. Cette analyse du moment dipolaire électrique utilise exactement les mêmes données expérimentales : la mesure du moment dipolaire magnétique se concentre sur l'oscillation horizontale, tandis que le signal du moment dipolaire électrique correspond à la composante d'oscillation verticale qui pourrait apparaître sous l'effet du champ électrique.

Deux des 16 modules de détecteurs de trajectoire de l'expérience muon g-2 du Fermilab. Ces détecteurs, composés de tubes en polyester aluminisé, sont capables d'enregistrer les impacts produits par les muons et les positrons qui les traversent. C'est grâce à ces détecteurs que l'analyse du moment dipolaire électrique (EDM) a pu être réalisée. Crédit image : Fermilab, Ryan Postel

Le moment dipolaire électrique décrit le degré de séparation entre les charges positives et négatives dans un système. Le modèle standard de la physique des particules prédit que les moments dipolaires électriques des particules élémentaires telles que le muon sont extrêmement faibles, bien en dessous de la capacité de détection des expériences actuelles. Par conséquent, la détection d'un moment dipolaire électrique non nul du muon pourrait indiquer une nouvelle physique au-delà du modèle standard et serait liée à des questions fondamentales de symétrie telles que la violation de la symétrie charge-parité.

Ce dernier résultat donne dμ = (-0,35 ± 0,39) × 10^-19 e·cm, cohérent avec un moment dipolaire électrique nul. La collaboration en déduit une limite au niveau de confiance de 95 % : |dμ| < 1,1 × 10^-19 e·cm. Cette limite supérieure est environ 1,5 fois plus stricte que celle donnée par l'expérience muon g-2 précédente du Laboratoire national de Brookhaven.

La réalisation de cette analyse repose essentiellement sur les détecteurs de trajectoire situés dans l'anneau de stockage. Ces détecteurs, composés de 32 couches de tubes en polyester aluminisé, peuvent enregistrer les trajectoires des particules chargées. Les chercheurs utilisent ces données pour comparer la différence entre le nombre de positrons se déplaçant vers le haut et vers le bas, afin de rechercher un éventuel signal laissé par le moment dipolaire électrique du muon.

Au cours des près de 50 dernières années, seules deux mesures directes du moment dipolaire électrique du muon ont été réalisées dans le monde, respectivement par le CERN et le Laboratoire national de Brookhaven. Bien que ce résultat du Fermilab n'utilise qu'un quart de l'ensemble des données expérimentales, le volume de données dépasse déjà celui collecté par l'expérience de Brookhaven. La collaboration indique que ce résultat préliminaire fournira également une référence importante pour les expériences de nouvelle génération à haute précision actuellement en construction au Japon et en Suisse.