Les physiciens travaillant sur le détecteur ALICE ont utilisé trois années de données de collision proton-proton au LHC et
Les chercheurs expliquent que la collisionles particules élémentaires dans les collisionneurs provoquent des interactions à haute énergie, qui conduisent à la formation de partons (quarks et gluons). Ces particules subissent des transformations ultérieures, émettant un rayonnement sous forme de gluons supplémentaires. Dans un tel processus en cascade, l'énergie des particules d'origine est transférée à de nombreuses particules ayant une énergie plus faible.
Le type de rayonnement dépend de la masse du parton émetteur de gluons. La région autour de la direction de vol du parton dans laquelle le rayonnement est supprimé est appelée cône mort.
Les physiciens notent que l'effet de cône mort étaitprédit par la théorie de l'interaction forte il y a une trentaine d'années, mais jusqu'à présent, les scientifiques n'ont pu qu'indirectement fixer sa présence. Le principal problème était la difficulté de déterminer la direction du mouvement du parton, ainsi que le fait que la région du cône mort peut être remplie de particules dans lesquelles le parton rayonnant s'est transformé.
Flux de particules en cascade. Source : CERN
Dans leurs travaux, les chercheurs ont reconstituéle flux de partons le long de son produit final, le jet de hadrons, qui est détecté par les détecteurs. En analysant un large échantillon d'observations de collisions proton-proton, les physiciens ont découvert un jet contenant un quark c (quark charmé). Ils ont pu retracer toute l'histoire de l'émission de gluons par ce quark. Une comparaison du schéma d'émission de gluons d'un quark charmé avec la distribution des gluons et des quarks sans masse a révélé un cône mort dans la structure du c-quark.
Les chercheurs notent qu'en plus de confirmerthéorie de l'interaction forte et l'existence de l'effet de cône mort, la découverte prouve également que le quark charmé a une masse. Les particules sans masse n'ont pas de cônes morts, ce qui signifie qu'en étudiant cet effet, on peut estimer la masse des quarks.
Les masses de quarks sont fondamentalesgrandeurs en physique des particules, mais elles ne peuvent pas être consultées et mesurées directement dans les expériences car, à l'exception du quark top, les quarks sont piégés à l'intérieur des particules composées. Notre technique d'observation directe du cône mort des partons offre un moyen de mesurer la masse des quarks.
Andrea Dainese, physicien ALICE, co-auteur de l'étude
Image de couverture : CERN
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