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Posté par Adrien le Samedi 26/08/2017 à 00:00
ATLAS: signe direct de la diffusion lumière-lumière observé
Des physiciens de l'expérience ATLAS, au CERN, ont observé le premier signe direct de la diffusion lumière-lumière à haute énergie, un processus très rare dans lequel deux photons (des particules de lumière) interagissent et changent de direction. Le résultat publié dans la revue Nature Physics confirme l'une des plus anciennes prédictions de l'électrodynamique quantique.


Événement candidat à la diffusion lumière-lumière observé dans le détecteur ATLAS(Image: ATLAS/CERN)

« Ce résultat fera date: il s'agit du premier signe direct de l'interaction de la lumière avec elle-même à haute énergie, explique Dan Tovey, coordinateur pour la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la...) d'ATLAS. Ce phénomène est impossible dans les théories classiques de l'électromagnétisme ; le résultat obtenu constitue donc un test important de notre compréhension de l'électrodynamique quantique, la théorie quantique de l'électromagnétisme. »

Cela faisait plusieurs dizaines d'années que l'on cherchait un signe direct de la diffusion lumière-lumière à haute énergie, sans succès - avant que ne commence la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure...) exploitation du Grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) de hadrons (LHC), en 2015. Quand les collisions d'ions plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin...) dans l'accélérateur ont atteint un taux sans précédent, la possibilité d'observer un indice de la diffusion lumière-lumière est devenue réelle. « Cette mesure intéresse particulièrement les spécialistes des ions lourds et de la physique des hautes énergies depuis plusieurs années, d'autant plus que les calculs réalisés par certains groupes avaient montré que nous pourrions obtenir un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme...) significatif en étudiant les collisions d'ions plomb de la deuxième exploitation », explique Peter Steinberg, responsable du groupe d'ATLAS sur la physique des ions lourds.

Les collisions d'ions lourds constituent un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend...) exceptionnellement limpide pour l'étude de la diffusion lumière-lumière. L'accélération des paquets d'ions plomb engendre un immense flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations /...) de photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque...) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) des ions ; lorsque les faisceaux se rencontrent, au centre du détecteur ATLAS, très peu d'ions entrent en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.), mais les photons qui les entourent peuvent interagir et « rebondir » les uns contre les autres. Ces interactions sont appelées « collisions ultra-périphériques ». 

En étudiant plus de 4 milliards d'événements enregistrés en 2015, la collaboration ATLAS a trouvé 13 candidats à la diffusion lumière-lumière. Le résultat observé présente une signification statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de...) de 4,4 écarts-types, un niveau qui permet à la collaboration ATLAS de rapporter le premier signe direct de ce phénomène à haute énergie.

« Pour détecter une trace de cette signature, qui est rare, il a fallu développer un nouveau " déclencheur " très sensible pour le détecteur ATLAS, poursuit Peter Steinberg. La signature observée - soit deux photons dans un détecteur par ailleurs vide - est pour ainsi dire le contraire de ce que l'on attend généralement avec des collisions d'ions plomb, à savoir des événements d'une extrême complexité. La performance du nouveau déclencheur dans la sélection de ces événements démontre la puissance et la souplesse du système ainsi que le savoir-faire et les compétences des groupes chargés de l'analyse et du déclencheur, qui l'ont conçu et développé. »

Les physiciens d'ATLAS vont continuer à étudier la diffusion lumière-lumière pendant la prochaine exploitation du LHC avec ions lourds, prévue pour 2018. Avec davantage de données, la précision du résultat sera encore meilleure, ce qui pourrait ouvrir de nouvelles perspectives pour les études sur la nouvelle physique. L'étude des collisions ultra-périphériques devrait par aillers jouer un rôle plus important dans le programme d'ions lourds du LHC, à mesure que le taux de collision augmentera encore, pendant la troisième exploitation et au-delà.

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Source: Harriet Kim Jarlett - Copyright CERN
 
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