Des chercheurs du Grand collisionneur de hadrons de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) en Suisse ont récemment découvert Une particule rare et en voie de disparition qui, selon eux, existait dans l’univers primitif. La particule – actuellement appelée particule X, car personne ne sait exactement ce que c’est – a été produite par la collision de milliards d’ions lourds à l’intérieur du célèbre accélérateur de particules.
L’équipe de CMS Collaboration, qui collecte les données du fichier compressé du solénoïde muon du LHC, a écrasé des atomes de plomb lourds ensemble à des températures d’environ 5,5 billions de degrés Celsius (9,9 billions de degrés Fahrenheit). Résultats par équipe publié Dans les lettres d’examen physique.
Les physiciens théorisent que dans les premiers instants de l’univers après le Big Bang, la matière était un plasma de quarks et de gluons subatomiques entassés dans une soupe surchauffée. (Ce n’est que lorsque le plasma s’est refroidi plusieurs microsecondes après le Big Bang que les protons et les neutrons familiers se sont formés, ouvrant la voie à des formes de matière plus massives.) Mais avant que la matière ne refroidisse, certains de ces quarks et gluons entrent en collision, formant des particules plus mystérieuses, qui les physiciens appellent particules X.
Les particules X sont rares aujourd’hui parce que l’univers n’est ni trop dense ni trop chaud, mais comme Krishna Rajagopal, un physicien des particules du MIT non affilié aux dernières recherches, Il a dit en 2010: « Si vous vous intéressez aux propriétés de l’univers d’une microseconde, la meilleure façon de l’étudier n’est pas de construire un télescope, mais plutôt de construire un accélérateur. »
L’équipe a pu identifier 100 particules X d’une masse particulière, appelée X (3872), qui ont survécu pendant environ un six millionième de seconde avant de se désintégrer. X (3872) a été trouvé pour la première fois en 2003 par belle coopération En recherchant des bosses, c’est-à-dire lorsque les chercheurs identifient une quantité inattendue de masse ou d’énergie dans leur système.
« X (3872) est un animal exotique », a déclaré Patrick Koppenburg, physicien à l’Institut national néerlandais de physique subatomique et membre de l’équipe LHCb au CERN, dans un e-mail à Gizmodo. « J’étais à Belle quand ça a été découvert, et je me souviens qu’on regardait la petite bosse sans comprendre ce qui se passait. »
L’année dernière, l’équipe de Koppenberg à LHCb a découvert un nouveau type de tétraquark. Comme X (3872), ce tétraquark avait une durée de vie transitoire – peut-être un peu plus d’un cinquième de millionième de seconde. Bien que d’autres particules exotiques apparaissent et disparaissent au Grand collisionneur de hadrons, X (3872) est la première particule X à être détectée dans le plasma quark-gluon qui y est généré.
L’équipe à l’origine de la nouvelle étude a pu simuler les conditions de l’univers primitif en accélérant 13 milliards d’ions. Lorsque les particules sont entrées en collision, elles ont produit des milliers de particules chargées à courte durée de vie. Yin Ji Lee, un Il est possible qu’il y ait d’autres particules X dans les données récentes, mais les chercheurs n’avaient pas de bon moyen de les sortir du bruit de fond, a déclaré le physicien du MIT et co-auteur de la nouvelle recherche à Gizmodo.
« Le premier transport lourd du ‘Run 3’ commence à la fin de cette année, et nous espérons recueillir plus de données sur les collisions majeures des Run 3 et Run 4 », a écrit Lee dans un e-mail. « Avec un ensemble de données beaucoup plus important, nous pourrons quantifier l’optimisation de la production de X dans la soupe de quarks et mieux comprendre sa structure interne. »
L’identité de X (3872) reste incertaine. L’équipe pense que la particule pourrait être un type de particule mésonienne faiblement liée (deux particules subatomiques appelées Les mésons sont liés à la force forte) ou les tétraquarks, un type de hadron composé de quatre quarks entassés. « Jusqu’à présent, les particules mésoniennes n’ont pas été définitivement observées, et X (3872) est un bon candidat », a déclaré Jing Wang, le physicien du MIT qui a dirigé l’analyse des nouvelles données.Et Dans un e-mail à Gizmodo. « Si X (3872) s’avère être une particule mésonienne, nous montrons que dans l’univers primitif, il devait y avoir différents types de particules mésoniennes en plus des hadrons réguliers. »
« « Plus je regarde les données, plus je suis convaincu que X est une superposition d’une molécule et d’un état de Charmonium », a déclaré Koppenberg. Description d’une idée Comme indiqué par la superposition : « Notre esprit ne parvient pas à représenter ces choses. … Il n’y a rien de tel ou cela dans la mécanique quantique. Si vous ne pouvez pas faire la distinction entre deux choses, alors la vérité doit être simultanément. »
Peut-être que les prochaines exécutions du LHC résoudront enfin l’identité de X (3872). Bien sûr, ce sera alors Il a un vrai nom, et il ne sera plus considéré comme une particule X.
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