Découverte de nouvelles particules élémentaires exotiques
Publié par Michel le 27/10/2006 à 00:00
Source: American Institute of physics & Fermilab
Illustrations: Fermilab
La famille des baryons (parmi lesquels figure le proton et le neutron) s'est récemment enrichie de plusieurs nouveaux membres de poids lourds. Comme les éléments chimiques 116 et 118, ajoutés il y a peu au tableau périodique des éléments (voir notre news (NeWS est un système de fenêtrage conçu par James Gosling (qui a contribué à Java) et introduit par Sun Microsystems à la fin des années 1980 n'a pas...)), les nouveaux membres du tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) périodique des baryons sont instables et éphémères, mais l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) de leur existence est nécessaire à notre compréhension 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,...) dans l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).

Les nouveaux baryons, les plus lourds de leur genre avec des masses avoisinant 5,8 gigaélectronvolts, ont été détectés lors d'expériences mettant en jeu plusieurs trillions de collisions entre protons et antiprotons, et conduites à une 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.) de 2 teraélectronvolt dans l'accélérateur du Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory).


Figure 1. Les familles de particules élémentaires
Voir légende en fin

Selon la boîte à outils du modèle standard, toute la matière existante est élaborée à partir d'une famille de six leptons et d'une famille de six quarks (voir figure 1). Parmi les leptons, seul l'électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.) se retrouve dans les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) normaux, et parmi les quarks seuls les quarks up (u) et down (d) servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) à former les protons et les neutrons. Ainsi le proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive.) est constitué d'un trio de quarks u-u-d tandis que la composition du neutron (Le neutron est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge électrique (ni positive, ni négative). Les...) est d-d-u. Mais il est possible d'imaginer d'autres baryons (particules composées de trois quarks) à partir de différentes combinaisons, ou avec différentes valeurs de spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au...) (le proton et le neutron ont pour valeur nominale de spin 1/2). Bien qu'ils puissent être produits artificiellement dans les collisionneurs de particules, les baryons contenant les autres quarks: strange (s), charm (c), bottom (b), et top (t), sont instables et se désintègrent rapidement. Néanmoins, pour comprendre les forces qui régissent la matière nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :), les physiciens tâchent de créer et de mesurer tous ces autres candidats au statut de baryons (voir la hiérarchie des baryons: figure 2).

Jusqu'à présent un seul baryon (Un baryon est, en physique des particules, une catégorie de particules, dont les représentants les plus connus sont le proton et le neutron. Le terme...) à base de 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.) (b) avait une existence bien établie: le baryon Lambda-b. La première preuve de son existence avait été rapportée par le CERN et le Fermilab dans les années 90 sur la base d'une poignée d'événements. Mais la collaboration CDF du Fermilab vient d'annoncer la découverte de deux nouveaux types de baryons, chacun sur la base d'une centaine d'événements.


Figure 2. La hiérarchie des baryons
Voir légende en fin

En fait il s'agit de quatre nouveaux baryons appelés Sigma-b: deux baryons positivement chargés de combinaison (Une combinaison peut être :) u-u-b (l'un de spin 1/2, l'autre de spin 3/2), le premier d'entre-eux constituant une sorte de "proton-bottom" ; et deux baryons négativement chargés de combinaison de d-d-b (l'un de spin 1/2, l'autre de spin 3/2). Dans tous les cas, le Sigma se désintègre presque immédiatement en une particule Lambda-b (u-d-b) plus un méson (Un méson est, en physique des particules, une particule composite (c’est-à-dire non élémentaire) composée d'un nombre pair de quarks et d'antiquarks.) Pi. Dans le 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...), le Lambda survit typiquement sur environ 100 microns avant de se désintégrer en Lambda-c (un baryon Lambda avec un quark (c) à la place du quark (b)), qui se désintègre à son tour rapidement en un proton normal.

Y a-t-il suffisamment 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, d'un événement, etc.) pour prétendre à une "découverte" de ces particules ? Ces nouveaux résultats ont été annoncés, lors d'une récente conférence au Fermilab, par Petar Maksimovic, de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) Johns Hopkins. Jacobo Konigsberg, de l'université de Floride, co-porte-parole du groupe CDF, indique que les statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle comprend la collecte, l'analyse, l'interprétation de...) infirmant l'existence des particules Sigma-b ne sont que de quelques parties sur 10^19.

Légende des illustrations:

Figure 1. Les familles de particules élémentaires.
Six quarks - up, down, charm, strange, top et bottom – sont les briques fondamentales de la matière. Des protons et les neutrons sont constitués de quarks (u) et (d), liés entre eux par l'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.) nucléaire forte. La collaboration CDF a découvert des parents exotiques du proton et du neutron, des particules incluant un quark (b).

Figure 2. La hiérarchie des baryons.
Les baryons sont des particules constituées de trois quarks. Les particules peuvent exister dans un état fondamental (En physique quantique, les états fondamentaux d'un système sont les états quantiques de plus basse énergie. Tout état d'énergie supérieure à celle des états fondamentaux est un état excité.) (J=1/2) et un état excité (J=3/2). Les expériences de l'équipe CDF ont permis de découvrir le Sigma-b postitivement chargé et le Sigma-b négativement chargé dans deux configurations de spin. Le schéma montre les diverses combinaisons à trois quarks avec J=3/2 possibles en utilisant les trois quarks les plus légers, (u), (d), (s) et le quark (b).
Des expériences antérieures avaient permis de découvrir tous les baryons constitués de quarks légers. La découverte de la collaboration CDF est la première observation de baryons possédant un quark (b) et de spin J=3/2. 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...) prévoit que quatre autres particules de même type doivent exister.
Il existe d'autres baryons impliquant le quark charm (c), qui ne sont pas montrés ici. Quant au quark top (t), découvert au Fermilab en 1995, il est de trop courte durée de vie (La vie est le nom donné :) pouvoir faire partie d'un baryon.


Page générée en 0.404 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique