Une étude, dont les résultats intitulés «Measurement of matter–antimatter differences in beauty baryon decays» ont été publiés dans la revue Nature Physics, a permis, dans le cadre de l'expérience LHCb, de trouver des traces de ce qui pourrait être un nouvel indice dans le cadre du mystère de l’antimatière manquante dans l’Univers.

Plus précisément, des signes d’un phénomène connu comme la violation de symétrie CP (charge-parité) ont été observés dans des baryons, une famille de particules dont les membres les plus célèbres sont les protons et les neutrons, qui composent l’ensemble de la matière de l’Univers.

Rappelons tout d'abord que «l'hypothèse selon laquelle les baryons de matière se comportent exactement comme leurs équivalents d’antimatière est liée à l’idée de la symétrie CP». Elle découle de ce que «toute violation de cette symétrie signifierait que les lois de la physique ne sont pas les mêmes pour les particules de matière et pour celles d’antimatière».

Il s’agit d’une hypothèse déterminante car «une compréhension précise de la façon dont cette symétrie est violée dans la nature contribuerait à expliquer l’immense excès de matière, par rapport à l’antimatière observé dans notre Univers, malgré le fait que, lors du Big Bang, la matière et l’antimatière auraient dû être créées dans des quantités égales».

De plus, «le Modèle standard de la physique des particules prédit l’existence d’une violation de CP de faible ampleur également dans le secteur des baryons», mais bien que «les processus de violation de CP sont étudiés depuis plus de 50 ans», jusqu'ici, «aucun effet significatif n’avait été observé avec des particules baryoniques».

Comme «la violation de CP décrite dans le Modèle standard n’est pas suffisamment importante pour expliquer le déséquilibre bien plus grand qui existe entre matière et antimatière», on en déduit que d'autres sources de violation de CP doivent y contribuer. C'est ainsi que «l’un des objectifs principaux de LHCb» est «de chercher de nouvelles sources de violation de CP».

C'est à partir d'une analyse «des données enregistrées pendant les trois premières années d’exploitation du Grand collisionneur de hadrons (LHC)» que le nouveau résultat de LHCb a été établi en comparant «parmi toutes les particules à courte durée de vie pouvant être créées lors d’une collision proton-proton», le comportement du baryon Λ_b⁰ et de son équivalent dans l’antimatière, le Λ_b⁰-bar, «lorsqu’ils se désintègrent en un proton (ou un antiproton) et en trois particules chargées appelées pions».

Ce processus, qui «est extrêmement rare», n’avait «jamais été observé auparavant». Grâce au «taux de production élevé de ces baryons dans le LHC» et aux «capacités spécialisées du détecteur LHCb», un échantillon pur «d’environ 6000 de ces désintégrations» a été récolté, «la répartition des quatre produits de désintégration des baryons Λ_b⁰ et Λ_b⁰-bar» a été comparée et «les quantités spécifiques sensibles à la symétrie de CP» ont été calculées.

En fin de compte, «les données de LHCb ont révélé un niveau conséquent d’asymétries, dans ces quantités sensibles à la violation de CP, entre les désintégrations des baryons Λ_b⁰ et Λ_b⁰-bar, les différences atteignant dans certains cas 20 %. Globalement «la signification statistique (le nom donné par les physiciens à la probabilité qu’un résultat ne soit pas le fruit du hasard) est au niveau de 3,3 déviations standard («on parle de découverte lorsque cette valeur atteint 5 déviations standard»).

Une mise à jour prochaine de ces résultats est prévue «avec l’analyse des données, plus nombreuses, enregistrées pendant la deuxième exploitation du LHC». En conséquence, «si cet indice préliminaire d’une violation de CP apparaît à nouveau, dans cet échantillon plus grand, avec une signification statistique plus élevée», on pourra dire qu'on se trouve en présence d'un «jalon important dans l’étude de la violation de CP».