Le CERN a trouvé des preuves de la présence de particules X dès la naissance de l’Univers

La découverte de leur structure permettra de mieux comprendre le Big Bang.

Quelques millionièmes de seconde après le Big Bang, tout l’univers physique connu était en mouvement. Le cosmos regorgeait déjà d’un plasma de quarks et de gluons, des particules élémentaires qui n’ont existé que pendant des périodes relativement courtes avant de refroidir et de se transformer en particules plus stables.

C’est de là que sont nés les neutrons et les protons qui constituent la matière conventionnelle d’aujourd’hui. Mais, avant de refroidir, une infime partie de ces gluons et quarks sont entrés en collision de manière aléatoire, formant des particules “X” qui ne durent pas longtemps.

Et, malgré la rareté de ces structures de particules mystérieuses et inconnues, des scientifiques du MIT travaillant avec le CERN ont trouvé des preuves de la présence de particules X dans le plasma quark-gluon généré par le Grand collisionneur de hadrons (LHC), selon une étude récente publiée dans la revue Physical Review Letters.

Et ce n’est “que le début de l’histoire”, a déclaré Yen-Jie Lee, auteur principal de l’étude et professeur associé de physique au MIT, dans un communiqué de presse. Cette étude pourrait être la première occasion pour les scientifiques d’examiner les particules X dans les moindres détails et de se faire une meilleure idée du Big Bang.

La structure des particules du Big Bang

Les particules X sont rares car nous ne voyons pas un Big Bang tous les jours. Mais les physiciens pensent qu’elles pourraient émerger à l’intérieur des accélérateurs de particules par le biais d’un processus appelé coalescence des quark, lorsque des collisions à haute énergie conduisent à des éclairs de plasma qui pourraient émuler les conditions chaotiques et brutes de l’univers incroyablement jeune. Aujourd’hui, les physiciens du MIT, notamment au Laboratoire de science nucléaire de l’institution, ont découvert des preuves que les particules X peuvent être produites dans le LHC du CERN, à Genève, en Suisse.

Cette découverte a été réalisée grâce à des techniques d’apprentissage automatique, qui ont permis aux physiciens d’analyser plus de 13 milliards de collisions d’ions lourds, qui ont toutes créé des dizaines de milliers de particules chargées. Et, en sondant ce cocktail ultra dense et hautement énergétique, les chercheurs du MIT ont identifié une centaine de particules X, plus précisément du type X (3872), qui sont nommées en fonction de la masse estimée de la particule. C’est la première fois que des scientifiques réussissent à détecter des particules X dans ce plasma quark-gluon d’une manière qui, selon les scientifiques, pourrait révéler leur structure mystérieuse.

La particule X pourrait être d’un genre entièrement nouveau

“Nous avons montré que nous pouvons trouver un signal”, a déclaré Lee, l’auteur principal, dans le communiqué de presse. “Dans les prochaines années, nous voulons utiliser le plasma quark-gluon pour sonder la structure interne de la particule X, ce qui pourrait changer notre vision du type de matière que l’univers devrait produire.” Les coauteurs de l’étude font partie de la collaboration CMS, qui regroupe une équipe internationale de scientifiques travaillant à la collecte de données à partir de l’un des détecteurs de particules du LHC, appelé Solénoïde compact de muons.

Nous savons depuis longtemps que les neutrons et les protons constituent les éléments de base des atomes et de la matière. Mais ceux-ci sont, à leur tour, composés de trois quarks, liés très étroitement. “Pendant des années, nous avons pensé que, pour une raison ou une autre, la nature avait choisi de produire des particules composées uniquement de deux ou trois quarks”, a déclaré Lee dans le communiqué. Depuis que X (3872) a été découvert en 2003 lors de l’expérience Belle (au Japon), les scientifiques ont émis l’hypothèse que X (3872) est soit un tétraquark compact, soit un tout nouveau type de molécule qui provient de mésons, au lieu d’atomes, le premier étant composé de deux quarks. “Actuellement, nos données sont compatibles avec les deux”, a expliqué Lee. Pour l’instant, quelques années d’étude supplémentaires sont nécessaires pour distinguer l’un ou l’autre scénario, et “élargir notre vision des types de particules qui ont été produites en abondance dans l’univers primitif”.

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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche