Le Large Hadron Collider (LHC), la machine la plus grande et la plus complexe créée par l’humanité, a repris ses activités en avril de cette année après près de trois ans de maintenance et de modernisation. Après que les accélérateurs de particules ont commencé à pulvériser des particules ensemble à des niveaux d’énergie sans précédent, le CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire) a annoncé que le LHC avait aidé à découvrir trois particules inédites : un nouveau type de “pentaquark” et une paire de particules qui n’avaient jamais été vu auparavant, jamais vu auparavant. -tetraquark vu plus tôt, a déjà été remarqué.
Nicola Neri, membre senior de l’essai LHCb (LHC Beauty) prend la parole Indianexpress.com À propos de la nouvelle découverte, de l’avenir des accélérateurs de particules et des raisons pour lesquelles les scientifiques espèrent que la prochaine découverte du LHC brisera le modèle standard, le modèle de physique des particules qui semble capturer toutes les découvertes faites par le LHC à ce jour. Ceci est une version éditée de l’interview.
Q : Quelles sont les nouvelles paires de pentaquarks et de tétraquarks ?
Nous avons trouvé des particules étranges, ce qui signifie qu’elles n’existent pas naturellement et ne sont pas de la matière ordinaire. Les quarks sont des particules fondamentales et ils se combinent pour former des hadrons, tels que des baryons avec trois quarks, des mésons avec des quarks et des antiquarks. Ce sont des particules que nous avons étudiées et connaissions bien leurs propriétés.
Le pentaquark nouvellement découvert est illustré ici comme une paire de hadrons modulaires liés de manière lâche dans une structure semblable à une molécule. Il se compose de quarks bottom, de quarks impairs, de quarks charmés et d’antiquarks charmés. (Crédit image : CERN)
Mais les exotiques sont différents et produits différemment. Dans le cas du pentaquark nouvellement découvert, il s’agit toujours d’un baryon mais avec trois quarks, il possède une paire supplémentaire constituée d’un quark et d’un antiquark. Les tétraquarks appartiennent à la famille des mésons, mais au lieu d’avoir une paire de quarks et d’antiquarks, ils ont deux paires de quarks. Cet état a été prédit dans le modèle des quarks nominaux introduit dans les années 1960, mais un tel état n’a pas été trouvé jusqu’à présent.
Q : Comment détectez-vous ces particules alors qu’elles ont une durée de vie si courte ?
Leur vie est très courte. Ils sont produits et décomposés presque instantanément. La technique que nous utilisons consiste à reconstruire le processus de décomposition. Les particules étrangères se désintègrent en particules plus stables qui se déplacent dans le volume de suivi de notre détecteur. Lorsqu’ils le font, ils interagissent avec le champ magnétique à l’intérieur du détecteur et libèrent de l’énergie. Nous pouvons détecter ces signaux énergétiques pour calculer leur emplacement et leur trajectoire, ce qui nous aide à reconstruire le processus de désintégration et à comprendre la particule étrange dont il est issu.
Bien sûr, c’est un processus très compliqué. Nous utilisons des techniques de reconnaissance de formes pour nous assurer que nous attribuons les bons résultats au bon chemin. Cela nécessite des détecteurs très sophistiqués, un traitement de données très sophistiqué et un logiciel de reconstruction très sophistiqué que nous avons développé.
Q : Quelle est l’importance de trouver ces particules ?
Ceci est très intéressant du point de vue de la théorie de la physique des particules. Nous ne savons pas actuellement quel mécanisme maintient les quarks ensemble dans ces conditions. C’est pourquoi il y a tant d’intérêt. Nous savons que ces particules existent, nous pouvons les détecter, nous pouvons mesurer leurs propriétés, mais nous ne savons vraiment pas comment ces particules sont liées les unes aux autres.
Les deux nouveaux quarks sont illustrés ici comme un seul quark étroitement lié. Les particules illustrées à gauche sont constituées de quarks charmés, d’antiquarks impairs, de quarks ascendants et d’antiquarks descendants. La particule de droite est constituée de quarks charmés, d’antiquarks impairs, d’antiquarks montants et de quarks descendants. (Crédit image : CERN)
Q : Quel est votre plan d’action pour en savoir plus sur le mécanisme de liaison de ces particules ?
C’est un moment vraiment unique pour nous car nous avons mis à jour et mis à jour nos détecteurs. Les capacités améliorées faciliteront l’utilisation des données générées par le détecteur pour reconstruire cet état. Nous avons également une nouvelle stratégie de prise de vue, ce qui signifie que nous serons plus efficaces pour reconstituer le cas avec plus de précision. Nous prendrons plus de mesures et il y aura peut-être plus de découvertes dans les années à venir, pour nous amener à une meilleure compréhension.
Q : Selon vous, quelles théories peuvent aider à comprendre la nature de liaison des particules ?
L’une de ces théories est la chromodynamique quantique (QCD), une théorie évaluée qui explique les interactions fortes. Nous savons que cela pourrait expliquer le type d’interactions fortes que nous avons observé. Mais en raison de notre capacité limitée à expliquer les effets des interactions fortes, nous ne pouvons pas prédire exactement la force des interactions dans les particules nouvellement découvertes.
Nous avons construit un modèle basé sur cette théorie et avons essayé d’évaluer le modèle sur la base de plus de données entrantes. Un modèle intéressant est que ces unités sont constituées de quarks hautement liés, et il existe des preuves à l’appui. Une autre théorie est que certains de ces hadrons sont faiblement liés.
Q : Toutes les nouvelles découvertes faites par le LHC semblent correspondre au modèle standard, mais les scientifiques attendent avec impatience les découvertes qui ne le font pas. Pourquoi cela se produit-il alors que vous disposez d’un modèle qui semble très bien expliquer de nombreux phénomènes en physique des particules ?
Nous avons un modèle pour décrire les interactions entre ces particules fondamentales, oui. Tout semble cohérent. Cependant, nous savons qu’il existe des preuves provenant d’autres domaines de la physique des particules que nous ne pouvons pas expliquer à l’aide du modèle standard. Certains des résultats que nous avons observés étaient inexpliqués. Par exemple, nous n’avons aucune explication pour la matière noire ou l’énergie noire. Mélange de neutrinos multiples. Nous ne comprenons pas tout cela. Il y a donc encore de nombreux phénomènes que nous observons sans aucune explication.
Nous savons déjà qu’il doit y avoir quelque chose que le modèle standard ne prédit pas parce que nous en avons des preuves circonstancielles. Nous ne pouvons formuler une théorie si nous ne connaissons pas le mécanisme de base responsable de cet effet. C’est pourquoi nous recherchons quelque chose en dehors de ce paradigme. Si nous détectons quelque chose comme ça, il y aura un changement de paradigme. Ce sera une révolution dans le domaine.
C’est pourquoi tout le monde veut rechercher un signal qui va au-delà du modèle standard. Cela signifie que nous devons réécrire la partie de la physique que nous connaissons. Par exemple, nous savons qu’il existe quatre forces fondamentales : la forte et la faible, l’électromagnétisme et la force gravitationnelle. Il y a peut-être un cinquième pouvoir que nous ne connaissons pas encore. Cet exemple est juste pour vous donner une idée, mais c’est pourquoi il y a tant d’enthousiasme pour quelque chose qui va à l’encontre des règles du modèle standard.
