Alice au LHC: les particules charmées dans le flot du plasma de quarks et de gluons

Publié par Redbran le 31/08/2020 à 13:00
Source: CEA
La collaboration Alice à laquelle participe le CEA-Irfu détaille ses derniers résultats sur le plasma de quarks et de gluons, produit par des collisions d'ions de plomb. Les particules contenant un quark "lourd" comme le quark charmé leur servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) de sondes de cet état extrême de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...) qu'a connu l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) primordial.


(c)ALICE/CERN

Les collisions d'ions de 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...) relativistes au LHC (Large Hadron (Un hadron est un composé de particules subatomiques régi par l'interaction forte. Dans le Modèle Standard de la Physique des particules, ces particules sont composées de quarks et/ou d'anti-quarks ainsi que de...) Collider) permettent de reproduire l'état de la matière (Bien que le concept de phase soit simple, il est difficile de le définir précisément. Une bonne définition de la phase d'un système est « une région de l'espace des paramètres thermodynamiques du système dans lequel...) appelé "plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes étoiles à neutrons avant qu'elles ne...) de quarks et de gluons" (QGP) qui aurait prévalu dans l'Univers quelques microsecondes après le big-bang (Le Big Bang[1] désigne l’époque dense et chaude qu’a connue l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles cosmologiques qui la décrivent, sans que cela...). Les quarks et les gluons sont alors "libérés" des protons et des neutrons dans lesquels ils étaient liés et par collisions successives, produisent de nouvelles particules. Il apparaît alors un mouvement collectif de particules ("flot (Flots)") que les physiciens ont observé au LHC et qui signe l'existence d'un QGP.

Afin d'en savoir plus sur le QGP et les particules qui le composent, les chercheurs étudient dans quelle mesure certaines particules massives - contenant un quark (Les quarks sont des fermions que la théorie du modèle standard décrit, en compagnie de la famille des leptons, comme les constituants élémentaires de la matière.) "lourd" créé aux premiers instants des collisions des ions de plomb, avant la formation du QGP - participent à ce flot. Elles constituent des sondes privilégiées du QGP.

C'est en particulier le cas des particules contenant un quark charmé (c) ou un quark beau (b), encore plus lourd que le quark c:
- les "mésons D", composés d'un quark c lié à un quark "léger" up ou down,
- les "mésons J/ψ", composés d'un quark c lié à son antiquark (c-cbar),
- les "Upsilon (1S)", composé d'un quark b lié à son antiquark (b-bbar).

Lorsque les noyaux lourds n'entrent pas 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.) frontale, le plasma s'allonge et son expansion conduit à une modulation elliptique du flot. La collaboration Alice a observé que dans ce cas, les flots elliptiques des particules diffèrent selon leur nature et se classent par ordre décroissant:
- les "pions" qui ne contiennent que des quarks légers,
- les mésons D,
- les mésons J/ψ, avec un flot faible mais détectable,
- les Upsilon (1S), sans flot significatif.

Ces résultats suggèrent que les quarks c sont entraînés par l'expansion du QGP, mais dans une moindre mesure que les quarks légers, et que les mésons D comme les mésons J/ψ, à de faibles impulsions, sont en partie formés par la liaison ou recombinaison de quarks en mouvement. Les particules Upsilon, quant à elles, ne présentent pas de flot significatif, probablement en raison de leur masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de...) beaucoup plus élevée et du faible nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de quarks b pouvant se prêter à une recombinaison.

Le flot des quarks lourds sera davantage étudié avec le lot de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire,...) bien plus large qui sera acquis par la collaboration à partir de 2021 et pour lesquels des améliorations 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.) sont en cours.

Références:
J/ψ elliptic and
triangular flow in Pb-Pb collisions at √sNN = 5.02 TeV, submitted
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