Après 50 ans, les physiciens confirment l’existence d’une quasi-particule insaisissable
Grâce à un travail minutieux, des scientifiques ont trouvé la preuve de l’existence d’une quasi-particule qui n’était qu’une hypothèse imaginée il y a près de 50 ans : l’oddéron.
L’oddéron est une combinaison de particules subatomiques plutôt qu’une nouvelle particule fondamentale – mais il se comporte comme cette dernière à certains égards, et la façon dont il s’intègre aux blocs de construction fondamentaux de la matière fait de cette découverte un grand moment pour les physiciens.
L’oddéron a finalement été révélé par une analyse détaillée de deux groupes de données, atteignant le seuil de probabilité de 5 sigma que les chercheurs utilisent comme seuil.
« Cela signifie que si l’oddéron n’existait pas, la probabilité que nous observions par hasard un effet comme celui-ci dans les données serait de 1 sur 3,5 millions », explique le physicien Cristian Baldenegro de l’université du Kansas.
Les particules telles que les protons et les neutrons sont constituées de particules subatomiques plus petites : en d’autres termes, les quarks sont « collés ensemble » par des gluons porteurs de force. L’assemblage des protons dans un accélérateur de particules nous permet d’avoir un aperçu de leurs entrailles chargées de gluons.
Lorsque deux protons sont écrasés l’un contre l’autre mais survivent à la rencontre, cette interaction – un type de diffusion élastique – peut s’expliquer par l’échange d’un nombre pair ou impair de gluons entre les protons.
Si ce nombre est pair, il s’agit d’une quasi-particule poméron ; l’autre option – qui semble se produire beaucoup moins souvent – est une quasi-particule oddéron, un composé avec un nombre impair de gluons.
Jusqu’à présent, les scientifiques n’ont pas été en mesure de repérer les oddérons dans les expériences, bien que la physique quantique théorique ait suggéré qu’ils devaient exister.
Dans cette étude, les chercheurs ont analysé un vaste ensemble de données provenant de l’accélérateur de particules Large Hadron Collider (LHC) du CERN, en Suisse, et de l’accélérateur de particules Tevatron du Fermilab, aux États-Unis.
Des millions de points de données ont été étudiés pour comparer les collisions proton-proton ou proton-antiproton, jusqu’à ce que les scientifiques soient convaincus d’avoir vu des résultats – un composé gluonique impair – qui ne seraient possibles que si l’oddéron existait.
La comparaison entre les deux types de collisions a révélé une nette différence dans l’énergie échangée – cette différence est la preuve de l’existence de l’oddéron. L’équipe a ensuite combiné des mesures plus précises provenant d’une expérience précédente réalisée en 2018, qui ont permis d’éliminer certaines incertitudes, et d’atteindre pour la première fois le niveau de certitude élevé de la détection.
Cette découverte permet également de combler certaines des lacunes de l’idée moderne de la chromodynamique quantique ou QCD, l’hypothèse de la façon dont les quarks et les gluons interagissent au plus petit niveau. Nous parlons de l’état de la matière aux plus petites échelles et de la façon dont tout ce qui existe dans l’Univers s’assemble.
De plus, selon les chercheurs, la technologie spécialisée mise au point pour retrouver l’oddéron pourrait avoir de nombreuses autres utilisations à l’avenir : dans les instruments médicaux, par exemple.
Bien que ces recherches ne répondent pas à toutes les questions sur l’oddéron et son fonctionnement, elles constituent la meilleure preuve de son existence. Les futures expériences sur les accélérateurs de particules pourront apporter des confirmations supplémentaires, et sans doute soulever quelques autres questions.
« La recherche de signatures de l’oddéron est une tâche très différente de ce qui se fait traditionnellement en physique des particules », a déclaré M. Baldenegro.
« Par exemple, dans la recherche du boson de Higgs ou du quark top, on cherche une “bosse” sur une distribution de masse lisse et invariante, ce qui est déjà très difficile. L’oddéron, quant à lui, présente des signatures beaucoup plus subtiles. C’est ce qui a rendu la chasse à l’oddéron beaucoup plus difficile. »
L’article a été soumis pour publication dans Physical Review Letters et est disponible sous forme de préimpression sur arXiv ; des recherches connexes ont été publiées dans l’European Physical Journal C.
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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
