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Réconcilier le modèle standard avec l’anomalie du muon

par Tristan Beau - 18 mai

Depuis près de trente ans, la mesure du moment magnétique anormal du muon refusait de s’aligner avec la prédiction du modèle standard de la physique des particules.

Le résultat final de l’expérience de Fermilab mesurant le moment magnétique anomal du muon (a_μ) utilise l’ensemble de la statistique accumulée et a atteint une précision remarquable de 124 ppb (parties par milliard). Cela fait de a_μ une des quantités les plus précises jamais mesurées.

Pour la prédiction théorique, l’incertitude dominante provient de la polarisation hadronique du vide (HVP), qui implique des effets non-perturbatifs. Une méthode hybride combine un calcul sur réseau (BMW) avec une approche dispersive (DMZ), cette dernière utilisant les données expérimentales seulement dans la région de basse énergie, où les différentes mesures sont en bon accord. Ceci est le fruit d’une collaboration entre des chercheurs d’IJCLab, du LPNHE et de la collaboration BMW, en particulier des collègues du CPT de Marseille. Ce résultat est en bon accord et plus précis que celui utilisant seulement la moyenne des valeurs obtenues sur réseau, retenu comme « nominal » par la Theory Initiative dans son rapport d’étape.
La prédiction du modèle standard obtenue par BMW-DMZ concorde avec la mesure à seulement 0,5 écart-type près (voir le carré rouge en haut de la figure), un changement spectaculaire de situation par rapport aux tensions théorie-expérience d’il y a quelques années à peine.
Ceci montre une cohérence remarquable entre la théorie et l’expérience, pour une grandeur connue avec onze chiffres significatifs, fournissant un test de haute precisionn du modèle standard.

Légende : Comparaison de la mesure expérimentale de a_mu avec des prédictions théoriques basées sur des spectres hadroniques et/ou des simulations de QCD sur réseau. Le résultat noté « This work » a été obtenu par la collaboration BMW-DMZ, employant une approche hybride, combinant un calcul sur réseau avec une approche dispersive. © Figure adaptée à partir de la Fig. 3 de la publication (A. Boccaletti et al., Nature, 22 avril 2026).

Les équipes BMW et DMZ mènent actuellement des études conjointes pour comprendre l’origine des divergences entre diverses expériences de collision électron-positon sur le pic du rho, ainsi que les tensions entre certaines de ces expériences et les calculs de la QCD sur réseau.
Résoudre ces énigmes permettrait d’obtenir une prédiction du modèle standard encore plus précise.

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