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Posté par Adrien le Mercredi 21/02/2018 à 00:00
Des gluons impairs cachés dans les protons
Nous savons que les protons contiennent des quarks et des gluons. Mais les gluons se comportent-ils comme prévu  ?

Des scientifiques de la collaboration TOTEM (expérience de mesure des sections efficaces totales, élastiques et diffractives) ont peut-être décelé dans des collisions proton-proton des signaux indirects d'un composé subatomique du gluon (Le gluon est le boson responsable de l'interaction forte. Les gluons confinent les quarks ensemble, ce qui permet l'existence des protons et des neutrons, ainsi que des autres hadrons. Ils ont une masse probablement...). Théorisé pour la première fois dans les années 1970, cet état, qui a ensuite été surnommé " Odderon ", est composé d'un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) impair de gluons. Il s'agit d'un état inhabituel, les gluons étant normalement observés par paires.


L'expérience TOTEM étudie les protons qui restent intacts après les collisions dans le LHC. (Image: Maximilien Brice/CERN)

En général, les protons qui 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.) dans le LHC volent en éclats et créent de nouvelles particules. Parfois pourtant, dans environ 25 pour cent des cas, ils sortent entiers de ces rencontres. Au lieu de voler en éclats, ils changent seulement de direction et émergent du détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été spécifiquement conçu.) à de très petits angles par rapport au tube de faisceau ; leur déviation est de l'ordre d'un millimètre sur une distance de 200 m. Ce type d'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) est appelé " diffusion élastique " et c'est la spécialité de TOTEM, l'expérience la plus " longue " du CERN. Pour pouvoir détecter les protons rescapés, ses détecteurs sont répartis sur une distance de presque 500 mètres de part et d'autre du point (Graphie) d'interaction de CMS.

Les quarks contenus dans les protons sont tenus ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...) par les gluons, particules porteuses de la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force...) forte. Les physiciens sont parvenus à expliquer la diffusion élastique (Une diffusion élastique (ou collision élastique) est une interaction au cours de laquelle la quantité d'énergie cinétique entre deux corps est conservée.) à faible impulsion à des énergies élevées par l'échange d'un " Pomeron ", c'est-à-dire un état de deux gluons associés.

TOTEM a mesuré précisément le processus de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion...) élastique à 13 TeV afin de déterminer la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités...) totale pour les collisions proton-proton ainsi que le paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) ?, qui contribue à expliquer la différence entre les diffusions proton-proton et antiproton-proton.

En combinant ces deux mesures, TOTEM trouve une meilleure correspondance (La correspondance est un échange de courrier généralement prolongé sur une longue période. Le terme désigne des échanges de courrier personnels plutôt qu'administratifs.) avec les modèles théoriques qui indiquent l'échange de trois gluons collés ensembles. Si cet échange a été prédit par la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur...) de la chromodynamique quantique (La chromodynamique quantique, acronyme QCD de l'anglais Quantum ChromoDynamics, est une théorie physique qui décrit l’interaction forte, l’une des forces fondamentales. Elle fut proposée en 1973 par H. David Politzer, Frank...) (QCD) dans les années 1980 déjà, aucune preuve expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan culturel et politique. En...) n'a été apportée jusqu'ici.

Les mesures semblent aussi indiquer que l'augmentation de la probabilité totale de diffusion ralentit avec l'augmentation de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.). Même si ce ralentissement (Le signal de ralentissement (de type SNCF) annonce une aiguille (ou plusieurs) en position déviée qui ne peut être franchie à la vitesse normale de la ligne.) était plus ou moins attendu aux énergies les plus hautes, aucune indication (Une indication (du latin indicare : indiquer) est un conseil ou une recommandation, écrit ou oral.) dans ce sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement, suivi de son...) n'était apparue dans les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) précédentes.

Ces mesures analysent pour la première fois le comportement des protons dans des interactions élastiques à l'énergie de 13 TeV.Ces résultats, d'une précision record, ont été rendus possibles par l'excellente performance des détecteurs de TOTEM et par les capacités hors norme du Grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) de hadrons ", souligne Simone Giani, porte-parole de TOTEM.

S'il existe bien des associations de trois gluons, celles-ci devraient apparaître dans d'autres expériences sur la diffusion. Les physiciens sont donc dans l'attente d'expériences spécifiques avec lesquelles ils pourront déterminer si des gluons peuvent réellement former un tel composé. 

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Source: Iva Raynova - Copyright CERN