Le modèle standard est l'édifice mathématique qui décrit le monde subatomique. Bien qu'il ait été confirmé par des expériences toujours plus précises au cours des 50 dernières années, il ne résout pas d'importantes énigmes auxquelles les scientifiques sont confrontés. En effet, ces derniers considèrent ce modèle comme une approximation d'une théorie plus fondamentale qui reste à formuler. Pour entrevoir ce que pourrait être cette théorie, les physiciens se penchent sur une propriété particulièrement intrigante du muon, cousin éphémère de l'électron. Cette particule élémentaire agit comme un minuscule aimant, caractérisé par une propriété appelée moment magnétique.
L'APPUI DES SUPERCALCULATEURS DE GENCI
En 2021, une équipe internationale, basée au Fermilab de Chicago, a présenté sa première mesure de ce moment magnétique. Les résultats ont révélé un désaccord de plus de 4 écarts-types avec la prédiction de référence du modèle standard, laquelle repose en partie sur l'exploitation de don- nées expérimentales. Un tel désaccord aurait dû
suggérer l'existence de particules ou de forces jusqu'alors inconnues.
Cependant, simultanément, une nouvelle prédiction a été publiée dans la revue Nature. Pour parvenir à ce résultat, nous avons substitué l'utilisation de données expérimentales par des simulations massivement parallèles du modèle standard, réalisées grâce aux supercalculateurs de GENCI et d'autres organismes en Europe. Contrairement aux prédictions précédentes, notre résultat n’indique pas la nécessité d’avoir recourt à nouvelle théorie pour expliquer la mesure du moment magnétique du muon. Depuis lors, d'autres équipes ont pu confirmer une partie de nos calculs. Par ailleurs, nos résultats ont incité à une réévaluation des données employées dans le calcul de référence. De plus, le Fermilab prévoit de présenter le résultat final de sa mesure en 2025. Afin de tirer pleinement parti de ce résultat et de mettre le modèle standard à l'épreuve, il est impératif de réduire les incertitudes de nos calculs d'un facteur 4. Avec le concours des supercalcu- lateurs de GENCI et d'EuroHPC, nous travaillons activement à relever ce défi.
* Une collaboration Budapest-Marseille-Wuppertal-CNRS, Aix-Marseille U., U. de Toulon, CPT, Marseille, France ; Bergische Universität Wuppertal, Allemagne ; Forschungszentrum Jülich, Allemagne ; Université
Eötvös, Budapest, Hongrie. Le projet a ainsi bénéficié de ressources supplémentaires au FZ Jülich, au Leibniz Supercomputing Centre München, au High Performance Computing Center Stuttgart.
Comparaison de deux prédictions théoriques (« ab initio », « reference ») pour le moment magnétique du muon avec les résultats de sa mesure expérimentale
(« BNL 2006 », « Fermilab 2021+2023 » [comprenant une mise à jour en 2023], et la moyenne de ces deux valeurs [« Experimental average »]). Les valeurs numériques
de ces résultats sont données par les points avec les barres d’erreur horizontales, dans des unités propres à la physique des particules, indiquées sur l’axe des abscisses. Les barres d’erreur correspondent à un écart type et les double-flèches horizontales indiquent la différence entre les prédictions et la moyenne des mesures expérimentales, en unités de l’écart-type combiné (s). À titre indicatif, l’incertitude de mesure prévue en 2025 est montrée en bas de figure.