L'EPFL contribue à l'observation d'une nouvelle particule subatomique
Artist’s impression of the new particle, which contains two charm quarks and one down quark. (Image: CERN)
Des chercheurs de l'EPFL ont contribué à l'observation d'un nouveau baryons doublement charmés au sein de l'expérience LHCb au CERN, un cousin plus lourd du proton.
Le CERN et l'expérience LHCb ont annoncé la découverte d'une nouvelle particule similaire au proton.
Les protons, particules chargées positivement situées au cœur du noyau atomique, ne sont qu’un membre d’une famille plus large appelée baryons. Les baryons sont constitués de trois quarks. Les protons et les neutrons ne contiennent que des quarks légers, les quarks up et down. Ce sont les types les plus légers, ce qui les rend stables et courants.
D’autres baryons contiennent des quarks plus lourds. Ceux-ci augmentent leur masse et réduisent leur durée de vie, de sorte que les scientifiques les détectent indirectement par le biais de leurs produits de désintégration.
Parmi les baryons les plus rares figurent ceux qui possèdent deux quarks charmés, qui offrent un moyen clair de tester la force forte, l’une des quatre forces fondamentales qui lie les quarks en hadrons tels que les protons et les neutrons, maintenant ainsi les noyaux atomiques ensemble. Cependant, ces baryons doublement charmés sont plus difficiles à détecter.
La collaboration LHCb a désormais observé un nouveau baryon doublement charmé, connu sous le nom de Ξcc+, l’une des rares particules de ce type jamais identifiées. Il contient deux quarks charmés et un quark plus léger, ce qui en fait un cousin lourd du proton.
Les contributions de l’EPFL
Les chercheurs du Laboratoire de physique des hautes énergies de l’EPFL, dirigés par le professeur Laurent Dufour, ont contribué directement à ce résultat à deux niveaux essentiels.
Tout d’abord, ils ont aidé à mettre au point l’étalonnage de la quantité de mouvement des particules mesurée avec le nouveau détecteur LHCb, mis à jour pour la troisième période de prise de données (Run 3). Cet étalonnage permet de régler avec précision le système de mesure de l’expérience. Toute mesure précise de la masse des particules, telles que ces nouveaux baryons, en dépend.
Ce résultat est le premier à utiliser cet étalonnage du nouveau détecteur LHCb.
Ensuite, ils ont développé des outils d’analyse qui garantissent que la qualité des données pourra encore être améliorée à tout moment à l’avenir. Dans cette analyse, ils ont permis d’inclure environ 25 % de données supplémentaires, renforçant ainsi le résultat.
L'expérience LHCb étudie les particules produites lors de collisions de protons à haute énergie au Grand collisionneur de hadrons du CERN. Le nouveau baryon a été identifié en reconstituant ses produits de désintégration et en recherchant des signaux cohérents dans de vastes ensembles de données. Un étalonnage minutieux et une sélection rigoureuse des données ont été essentiels pour isoler le signal et mesurer ses propriétés.
Les baryons doublement charmés offrent un moyen unique d'étudier comment les quarks interagissent à l'intérieur de la matière. Leur structure diffère de celle des baryons ordinaires, ce qui en fait un test solide de la chromodynamique quantique, la théorie quantique des champs décrivant l’interaction forte, l’une des quatre forces fondamentales.
L’expérience LHCb a récemment été largement remplacée par une version plus récente, avec des contributions substantielles de l’EPFL aux détecteurs essentiels. « Ces mesures témoignent des performances de ce nouveau détecteur dans la mise au jour de phénomènes rares, ce qui n’aurait pas été possible sans les avancées technologiques », explique M. Dufour.
Plus d'informations (en anglais) :
La présentation de LHCb à Moriond est disponible ici
L'article de LHCb