Deux, voire trois nouvelles particules pour LHCb
Publié par Adrien le 02/10/2018 à 00:00
Source: Ana Lopes - Copyright CERN
L'expérience LHCb a peut-être fait d'une pierre trois coups. La collaboration a découvert deux particules jamais observées auparavant, ainsi que des indices d'une autre nouvelle particule, en analysant des données des collisions de protons de haute 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.) dans le Grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) de hadrons (LHC). Les futures études qui seront menées sur les propriétés de ces nouvelles particules nous en apprendront davantage sur 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...) forte, qui lie entre elles les particules subatomiques appelées quarks.


L'expérience LHCb au CERN. (Image : CERN)

Ces nouvelles particules sont prédites 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...) bien établie du modèle des quarks, et elles appartiennent à la même famille de particules que les protons qui circulent et 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 : les baryons, qui sont composés de trois quarks. Mais les quarks qu'elles contiennent sont toutefois d'un type différent : alors que les protons contiennent deux quarks u et 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.) d, les nouvelles particules, appelées Σb(6097)+ et Σb(6097)-, sont des baryons b, composés respectivement d'un quark b et de deux quarks u (buu), et d'un quark b et de deux quarks d (bdd). Quatre cousines de ces particules avaient déjà été observées par une expérience du Fermilab ; c'est cependant la première fois que leurs homologues de 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 gravitation (la masse...) plus élevée sont détectés.

La collaboration LHCb a découvert ces particules en utilisant la technique de chasse aux particules classique consistant à chercher 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.) issues des collisions un excédent d'événements, c'est-à-dire une " bosse " se détachant de la courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes polygonales et les cercles sont des courbes.) qui représente les événements constituant le bruit de fond (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la...). Dans le cas présent, les scientifiques ont cherché ces bosses dans la distribution des masses d'un système à deux particules composé d'un 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 « baryon » vient...) neutre et d'une particule chargée quark-antiquark. Ils ont trouvé deux bosses correspondant aux particules Σb(6097)+ et Σb(6097)-, avec 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...) phénoménale, de respectivement 12,7 et 12,6 déviations standard. Pour rappel, le niveau de cinq déviations standard constitue le seuil habituellement pris en compte pour annoncer la découverte d'une nouvelle particule. Le nombre " 6097 " apparaissant dans les noms des particules fait référence aux masses approximatives des nouvelles particules, en MeV ; cela signifie qu'elles sont environ six fois plus massives qu'un proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive.).

La troisième particule, appelée Zc-(4100) par la collaboration LHCb, est un candidat possible pour un autre type de créature issue du monde (Le mot monde peut désigner :) des quarks, constituée non pas de deux ou trois quarks, comme c'est le cas d'habitude, mais de quatre quarks (plus précisément, deux quarks et deux antiquarks), dont deux sont des quarks c lourds. L'existence de ces mésons exotiques, parfois décrits comme des " tétraquarks ", ainsi que des particules composées de cinq quarks appelées " pentaquarks ", a été prédite depuis longtemps, mais ceux-ci n'ont été découverts que relativement récemment. En cherchant des structures particulières dans les désintégrations de mésons B plus lourds, les scientifiques de LHCb ont détecté des indices d'un Zc-(4100), avec une signification statistique de plus de trois déviations standard, c'est-à-dire n'atteignant pas le seuil auquel une découverte peut être annoncée. De futures études, qui seront menées auprès de LHCb ou d'autres expériences, et basées sur davantage de données,seront peut-être en mesure de renforcer ou de réfuter ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique...).

Ces nouveaux résultats, décrits dans deux articles parus en ligne et soumis à des revues de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de leur publication, constituent une nouvelle étape dans la compréhension par les physiciens de 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.) forte, l'une des quatre forces fondamentales de la nature.
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