Une étude, dont les résultats intitulés «Constraints on new physics in electron g−2 from a search for invisible decays of a scalar, pseudoscalar, vector, and axial vector» sont publiés dans la revue Physical Review Letters, a permis, dans le cadre de la collaboration NA64, de fixer des limites concernant la façon dont des nouvelles particules, les 'bosons X' légers susceptibles de véhiculer une nouvelle force, «pourraient contribuer à une propriété fondamentale de l’électron, dans laquelle une anomalie est apparue récemment».

Relevons tout d'abord que si le Modèle standard de la physique des particules a de solides fondements, il n’est pas complet. De ce fait, «les scientifiques continuent de chercher de nouvelles particules et forces qui pourraient le compléter et contribuer à expliquer certaines anomalies par rapport au Modèle dans le comportement de particules connues». Parmi ces anomalie, figure «le moment magnétique anomal» de l'électron.

Le moment magnétique d’une particule étant «une mesure de la manière dont celle-ci interagit avec un champ magnétique», le moment magnétique anomal «correspond à la partie du moment magnétique résultant de l’interaction de cette particule avec des particules virtuelles qui apparaissent et disparaissent continuellement».

Comme «ces particules virtuelles peuvent être toutes les particules connues, prédites par le Modèle standard, mais elles pourraient aussi comprendre des particules jamais observées à ce jour», tout écart «entre la prédiction par le Modèle standard du moment magnétique anomal d’une particule et les mesures de haute précision de cette propriété pourrait être le signe d’une nouvelle physique prenant la forme de nouvelles particules ou forces».

Pour ce qui concerne «la valeur du moment magnétique anomal de l’électron prédite par le Modèle standard, sur la base de la mesure de la constante fondamentale qui détermine l’intensité de la force électromagnétique», elle «diffère de la mesure expérimentale directe à hauteur de 1,6 ou 2,4 écarts-types, selon la méthode de mesure utilisée». Cette anomalie, qui «pourrait disparaître avec la réalisation de nouvelles mesures ou l’amélioration des prédictions théoriques», pourrait cependant «aussi constituer une première indication d’une nouvelle physique», d’où l’importance de s'y intéresser.

De ce fait, l'étude ici présentée «a cherché à déterminer si de nouveaux bosons X légers pouvaient contribuer au moment magnétique anomal de l’électron et donc expliquer cette anomalie apparente». Concrètement, «NA64 est une expérience à cible fixe qui envoie sur une cible un faisceau d’électrons d’une énergie comprise entre 100 et 150 GeV, via une ligne de faisceau secondaire provenant du Supersynchrotron à protons, dans le but de rechercher de nouvelles particules produites par des collisions entre les électrons du faisceau et les noyaux atomiques de la cible».

Cette étude a donc recherché «des bosons X légers en s’intéressant à l’énergie de collision 'manquante' qu’ils auraient emportée», une énergie qui «peut être déterminée par l’analyse de l’énergie totale des collisions». Ainsi, à partir de l'analyse des «données recueillies en 2016, 2017 et 2018, qui correspondent au total à quelque trois cents milliards d’électrons frappant la cible», des limites «à l’intensité de l’interaction d’éventuels bosons X avec un électron et, par conséquent, aux contributions de ces particules au moment magnétique anomal de l’électron» ont pu être fixées.

Au bout du compte, comme «la contribution des bosons X dont la masse est inférieure à 1 GeV pourrait être, au maximum, comprise entre un sur un million de milliards et un sur 10000 milliards, en fonction de la masse de ce boson», elle apparaît trop faible «pour expliquer l’anomalie actuelle du moment magnétique anomal de l’électron». Cependant, «le fait que NA64 ait atteint une sensibilité supérieure à la précision actuelle des mesures directes du moment magnétique anomal de l’électron et aux récentes mesures de haute précision de la constante de structure fine est déjà un résultat étonnant».