Une nouvelle particule découverte au LHC du CERN

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Pour un non-initié comme votre serviteur le titre de cette publication sonne étrangement : « Observation of structure in the J/ψ-pair mass spectrum ». Si vous n’avez rien compris, rassurez-vous, je n’ai rien compris aussi. Mais comme je suis curieux je suis allé voir dans le détail ce que signifiait cette publication co-signée par 800 scientifiques émanant du LHC au CERN. Il s’agit de la découverte d’une nouvelle particule sub-atomique et pour comprendre l’importance de cette découverte, outre celle du boson de Higgs, il faut remonter au milieu des années 1960 lorsque deux physiciens, l’un au CERN et l’autre au Caltech à Pasadena, tentèrent une sorte de mise en ordre de toutes les particules sub-atomiques qui venaient d’être mises en évidence. Murray Gell-Mann du Caltech proposa de nommer ces particules des quarks et ce nom resta. On sait aujourd’hui qu’il existe six différents quarks selon leur nombre quantique et leur masse (énergie exprimée en électronsvolt divisée par le carré de la vitesse de la lumière) : up, down, charm, strange, top et bottom. Il existe également six anti-quarks de charge opposée. Pour terminer la description de ces étranges entités physiques un quark s’associe avec l’anti-quark correspondant pour former un meson et trois quarks forment des baryons. Les mesons sont instables et se désintègrent pour former des électrons, des neutrinons ou des photons selon leur nature, c’est-à-dire selon leurs composants élémentaires. L’interaction forte de trois quarks aboutit à la formation de baryons, les constituants de la matière telle que nous la connaissons depuis l’hydrogène jusqu’à l’uranium et au delà.

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La théorie n’excluait pas l’association de plus de trois quarks et en effet un nouveau meson X(3872) fut mis en évidence en 2003 au KEK Laboratory au Japon d’une masse de 3872 MeV/c2, selon la célèbrissime formule d’Einstein réécrite ainsi : m = E/c2 . Il fallut attendre encore plusieurs années pour que les physiciens réalisent que ces mesons « exotiques » étaient en réalité des associations de plus de trois quarks : deux quarks charm relativement lourds et deux ou trois autres quarks plus légers, up, down ou strange (voir les masses respectives dans l’illustration, Wikipedia). Le nouveau meson découvert au LHC, appelé X(6900), est constitué de 4 quarks charm, il possède une masse de 6900 MeV/c2 et il se désintègre en formant deux mesons appellés « J/psi » formés chacun d’un quark charm et d’un anti-quark charm eux-mêmes associés par interaction forte. Ces mesons chimériques se désintègrent à leur tour en un rayon gamma et un gluon … Cette découverte est importante dans la mesure où elle met en évidence un parallélisme entre les interactions fortes quark-quark et les interaction fortes entre les baryons, par exemple entre neutrons et protons dans un noyau atomique. Les physiciens arrivent donc à décrire une sorte d’édification de « molécules » formées de quarks un peu comme un atome de carbone forme une molécule de méthane avec 4 atomes d’hydrogène bien que le niveau des interactions – forte dans un cas et faible dans l’autre – ne puissent pas être comparé. Peut-être qu’un jour en décortiquant l’infiniment petit avec des détecteurs d’une dimension gigantesque (illustration) on arrivera à unifier l’ensemble des lois qui décrivent l’univers.

Source partielle : The Conversation, illustrations CERN et Wikipedia.

6 réflexions au sujet de « Une nouvelle particule découverte au LHC du CERN »

  1. Article intéressant dans le domaine encore peu connu de l’infiniment petit et dont les lois sont si différentes de la physique « traditionnelle ».
    Et pourtant nous y accédons tous les jours sans le savoir avec par exemple les lampes Led.
    Alors arriverons-nous à unifier les lois de l’univers ?

  2. Un modèle standard affligé de suffisamment de défauts pour voir besoin de matière invisible un peu partout dans l’univers demandera encore quelques années de révisions déchirantes….

  3. Il n’y aura aucune fin à la découverte de particules de plus en plus petites car les principes de la matières sont division et multiplicité. Il n’y a aucune fin à la division ni à la multiplicité. Ces recherche sont de la masturbation technologique. Inutiles, ruineuses et dangereuses. La bombe A et H, ça vous dit qque chose, ça vient de ces « recherches » sois disant désintéressées.

    • Il me semble pourtant que les physiciens sont arrivés à presque tout connaître des particules sub-atomiques. Il reste encore des recherches en ce qui concerne peut-être d’autres bosons scalaires (je n’y connais rien) mais construire un autre accélérateur géant me paraît inutile. Par contre le projet ITER me semble absurde pour deux raisons : 1) on n’a toujours aucune idée de la stabilisation du plasma à haute température pour atteindre une fusion atomique durable et 2) il n’existe aucun matériau sur terre capable de résister durablement au flux intense de neutrons créés par la fusion si tant est qu’on arrive à maîtriser cette fusion pour produire de l’énergie.
      Quant aux armes nucléaires il s’agit d’une toute autre technologie qui n’a rien à voir avec la physique corpusculaire.

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