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Le CERN prouve l’existence de deux particules subatomiques jamais observées jusqu’alors

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Après la mise en évidence du boson de Higgs en 2012, l’équipe de chercheurs du CERN de Genève récidive et observe pour la première fois deux nouvelles particules subatomiques en une seule expérience. SooCurious vous explique tout sur cette découverte scientifique remarquable.

Cette découverte a été réalisée par la collaboration LHCb (à laquelle participent cinq laboratoires français) au Grand collisionneur de hadrons du CERN, le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules au monde. Ces particules subatomiques, appelées Xi_b’- et Xi_b*-, avaient été prédites par le modèle des quarks mais n’avaient jamais été observées. Tout comme le proton et le neutron, elles appartiennent à la famille des baryons.

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Les baryons sont constitués de trois particules subatomiques fondamentales appelées quarks, liées entre elles par une interaction forte. « Les briques élémentaires qui constituent toutes les choses connues y compris les voitures, les planètes, les étoiles et les êtres humains sont les quarks et les électrons qui sont reliés entre eux par des forces électromagnétiques fortes », explique Steven Blusk de l’université de Syracuse (New York) dans un communiqué de presse. Il ajoute que « ces particules qui viennent d’être découvertes sont vraiment uniques : chacune d’entre elles contient un quark b, un quark s et un quark d« .

« La nature a été généreuse et nous a donné deux particules pour le prix d’une », raconte Matthew Charles, du Laboratoire de physique nucléaire et de hautes énergies (LPNHE) du CNRS, à l’Université Paris VI. Il ajoute : « Le Xi_b’- a une masse très proche de la somme des produits de sa désintégration : s’il avait été un tout petit peu plus léger, nous ne l’aurions pas vu du tout avec la signature de désintégration que nous cherchions. » Mais, comme l’explique Steven Blusk : « Grâce à la sensibilité et la précision du détecteur LHCb, nous avons été en mesure de séparer du bruit de fond un signal très net et intense. »

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Ces nouvelles particules sont plus de six fois plus massives qu’un proton, en effet leur quark b est lourd (le seul quark plus lourd que le b est le quark top). Les chercheurs ont également étudié leur taux de production relatif, leur largeur (une mesure de leur instabilité) et d’autres détails de leur désintégration. Les résultats correspondent aux prédictions fondées sur la théorie de la chromodynamique quantique (QCD) qui fait partie du modèle standard de la physique des particules.

En 2009Randy Lewis et Richard Woloshyn avaient prédit la composition et la masse de ces baryons en utilisant un calcul informatique basé sur la chromodynamique quantique (QCD) mais personne n’avait pu les observer jusqu’à présent. Sheldon Stone, éminent professeur de physique qui dirige l’équipe de Steven Blusk à l’université de Syracuse, conclut : « L’expérience du LHCb est conçue pour découvrir ce qui s’est réellement passé après le Big Bang et comment s’est construit l’univers que nous habitons aujourd’hui. » Situé sous la frontière franco-suisse, le Grand collisionneur de hadrons, actuellement en maintenance, fonctionnera en 2015 à des énergies plus élevées et avec des faisceaux plus intenses.

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C’est incroyable et fascinant de pouvoir observer de si petites particules que les baryons ! Au bureau, on félicite les chercheurs qui ont été à l’initiative de cette découverte et on encourage tous les scientifiques du CERN pour qu’ils continuent de résoudre les mystères de la physique. Pensez-vous qu’un jour, nous saurons tout sur l’origine de l’Univers ?

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