Rechercher l'asymétrie matière-antimatière dans l'interaction entre le boson de Higgs et le quark top

Publié par Redbran le 12/05/2020 à 13:00
Source: CERN
Grâce aux données de la deuxième exploitation du LHC, ATLAS et CMS en savent davantage sur l'interaction entre le boson de Higgs et le quark top.


Visualisations des événements lors desquels des bosons de Higgs ont été produits en association avec des quarks top (Image: CERN)

Au cours des dernières années, l'étude du boson de Higgs (Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l'existence a été proposée en 1964 par Gerry Guralnik, C.R. Hagen, et Tom Kibble; Robert Brout et François Englert (et nommé « boson...) est passée du stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) de la découverte de la particule à celui de la réalisation de mesures visant à mieux la comprendre. Parmi les dernières analyses effectuées par les collaborations ATLAS et CMS sur les propriétés de cette particule si singulière figurent des mesures qui ont jeté une lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...) nouvelle sur 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...) du boson (Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés de symétrie particulières lors de l'échange de...) de Higgs avec le quark (Les quarks sont des fermions que la théorie du modèle standard décrit, en compagnie de la famille des leptons, comme les constituants...) top, la plus massive (Le mot massif peut être employé comme :) des particules élémentaires connues, qui interagit donc le plus fortement avec le boson de Higgs. En plus d'avoir permis d'établir 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...) de l'interaction entre le boson de Higgs et le quark top, ces mesures ouvrent de nouvelles pistes d'étude de la violation de CP (charge-parité).

Découverte de façon inattendue il y a plus de 50 ans, la violation de CP met en lumière une asymétrie (L'asymétrie est l’absence de symétrie, ou son inverse. Dans la nature, les crabes violonistes en sont des exemples spectaculaires.) fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) dans la nature, à l'origine de différences rares dans les taux de processus mettant en jeu les particules de 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, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et...) et leurs équivalents dans l'antimatière (L'antimatière est l'ensemble des antiparticules des particules composant la matière classique — celle dont est faite la Terre. Le préfixe...). Elle serait donc un élément essentiel pour expliquer la prédominance observée de la matière par rapport à l'antimatière. Si le Modèle standard de la physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On...) peut expliquer la violation de CP, l'ampleur de la violation de CP observée jusqu'ici par les expériences - et récemment celle observée dans le comportement de quarks c par la collaboration LHCb - est trop faible pour expliquer le déséquilibre cosmologique entre matière et antimatière. C'est pourquoi la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également...) de nouvelles sources de violation de CP revêt un grand intérêt pour les scientifiques.

Lors de leurs récentes études, les équipes de CMS et d'ATLAS ont réalisé de manière indépendante un test direct des propriétés de l'interaction entre le quark top et le boson de Higgs. Ces études reposent sur l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) des 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.) enregistrées lors de la deuxième période d'exploitation du LHC, qui ont permis de réaliser des mesures et des analyses plus précises des événements lors desquels le boson de Higgs est produit en association avec un ou deux quarks top avant de se désintégrer en deux photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit d'un point...). Pour pouvoir détecter cette association extrêmement rare, observée pour la première fois en 2018 par les deux collaborations, il a fallu exploiter les pleines capacités des détecteurs et des techniques d'analyse.

Conformément aux prédictions du Modèle standard, aucun signe de violation de CP n'a été détecté par l'une ou l'autre expérience lors de l'interaction entre un quark top et un boson de Higgs. Les deux expériences ont par ailleurs constaté que le taux de production du quark top et du boson de Higgs, qui mesure la force de l'interaction entre les deux particules, concordait avec les précédents résultats obtenus et était conforme aux prédictions du Modèle standard.

Après ces premières analyses de la violation de CP dans l'interaction entre le quark top et le boson de Higgs, les scientifiques d'ATLAS et de CMS envisagent à présent d'étudier d'autres canaux de désintégration du boson de Higgs ; ces travaux viendront compléter les recherches menées depuis plusieurs décennies pour tenter de résoudre le mystère de l'absence d'antimatière dans l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).

Pour en savoir plus, rendez-vous sur les sites web des expériences ATLAS et CMS.
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