L’ajustement des constantes fondamentales, un outil pour sonder le Modèle Standard

La spectroscopie atomique ou moléculaire, qui contribue pour une part importante au jeu de données utilisé par le CODATA, est typiquement sensible à des interactions dont la portée est de l’ordre du rayon de Bohr – une grande distance à l’échelle de la physique des particules. Autrement dit, elle serait sensible à l’existence d’une nouvelle particule légère : le rayon de Bohr correspond à une masse de quelques keV, ou proche de 1 MeV dans le cas des atomes muoniques. En ce sens, ces recherches sont complémentaires de celles menées à beaucoup plus haute énergie (TeV) au CERN.

Nous avons donc reproduit la procédure d’ajustement du CODATA en ajoutant aux prédictions théoriques du modèle standard les décalages induits par l’hypothétique cinquième force, dont le coefficient de couplage est traité comme un paramètre ajustable. Plusieurs modèles représentatifs de la nouvelle particule (résultant dans différentes forces relatives des couplages aux électrons, muons et nucléons) ont été étudiés. Pour chaque modèle, l’ajustement fournit des contraintes fortes pour une large gamme de masses.

Plus intéressant encore, l’un des modèles étudiés améliore significativement l’ajustement, et est favorisé vis-à-vis du modèle standard au niveau de 5 déviations standard (voir Figure). Pour autant, il serait prématuré d’en conclure qu’une nouvelle physique a été détectée. Les imperfections constatées dans l’ajustement par le modèle standard proviennent de tensions entre plusieurs expériences participant à la détermination du rayon de charges du proton (spectroscopie de l’atome d’hydrogène électronique et muonique), qui pourraient être dues à des effets systématiques inconnus ou sous-évalués. Néanmoins, nos résultats démontrent que cette procédure d’ajustement global est un outil sensible de recherche d’une nouvelle physique légère.