Le grand collisionneur de hadrons révèle le secret de la création d’antimatière dans les collisions cosmiques

Collision proton-proton

Un événement de collision proton-proton enregistré par le détecteur LHCb, montrant la trajectoire suivie par un antiproton formé dans la collision. Crédit : CERN

Récemment, lors de la conférence Quark Matter et auparavant lors de la conférence Rencontres de Moriond, la collaboration Large Hadron Collider beauty (LHCb) a présenté un événement de collision proton-proton enregistré par le détecteur LHCb. analyse des collisions de particules au Grand collisionneur de hadrons (LHC) qui pourrait aider à déterminer si l’antimatière observée par les expériences dans l’espace provient ou non de la matière noire qui maintient des galaxies telles que le Voie lactée ensemble.

Les expériences spatiales telles que le Spectromètre magnétique alpha (AMS), qui a été assemblé à CERN et est installé sur la Station spatiale internationale (ISS), ont détecté la fraction des antiprotons, le antimatière homologues des protons, dans les particules de haute énergie appelées rayons cosmiques. Ces antiprotons pourraient se former lorsque des particules de matière noire entrent en collision les unes avec les autres, mais ils pourraient également être créés dans d’autres cas, par exemple lorsque des protons entrent en collision avec des noyaux atomiques dans le milieu interstellaire, qui est principalement composé d’hydrogène et d’hélium.


LHCb révèle le secret de la création d’antimatière dans les collisions cosmiques. Cette découverte pourrait aider à déterminer si l’antimatière observée par les expériences dans l’espace provient ou non de la matière noire. Crédit : CERN

Pour savoir si l’un de ces antiprotons provient ou non de la matière noire, les physiciens doivent donc estimer la fréquence de production des antiprotons dans les collisions entre protons et hydrogène ainsi qu’entre protons et hélium. Si certaines mesures de la première ont été effectuées, et LHCb a signalé en 2017 la toute première mesure de la seconde, cette mesure du LHCb ne concernait que la production rapide d’antiprotons, c’est-à-dire des antiprotons produits à l’endroit même où les collisions ont eu lieu.

L'expérience LHCb

L’expérience LHCb au CERN. Crédit : CERN

Dans sa nouvelle étude, l’équipe de LHCb a également recherché des antiprotons produits à une certaine distance du point de collision, par la transformation, ou ” désintégration “, de particules appelées antihyperons en antiprotons. Pour effectuer cette nouvelle mesure et la précédente, les chercheurs du LHCb, qui utilisent habituellement les données des collisions proton-proton pour leurs recherches, ont utilisé les données des collisions proton-hélium obtenues en injectant de l’hélium gazeux à l’endroit où les deux faisceaux de protons du LHC entreraient normalement en collision.

En analysant un échantillon de quelque 34 millions de collisions proton-hélium et en mesurant le rapport entre le taux de production d’antiprotons provenant de désintégrations d’antihyperons et celui des antiprotons prompts, les chercheurs du LHCb ont découvert qu’à l’échelle d’énergie de collision de leur mesure, les antiprotons produits par les désintégrations d’antihyperons contribuent beaucoup plus au taux de production total d’antiprotons que la quantité prévue par la plupart des modèles de production d’antiprotons dans les collisions proton-noyau.

Expérience LHCb du CERN

La caverne de l’expérience LHCb au LHC. Crédit : CERN

” Ce résultat complète notre précédente mesure de la production rapide d’antiprotons, et il améliorera les prédictions des modèles “, déclare Chris Parkes, porte-parole de l’expérience LHCb. “Cette amélioration pourrait à son tour aider les expériences spatiales à trouver des preuves de l’existence de la matière noire.”

“Notre technique d’injection de gaz dans le point de collision de LHCb a été conçue à l’origine pour mesurer la taille des faisceaux de protons”, explique Niels Tuning, coordinateur de la physique de LHCb. “Il est vraiment agréable de constater à nouveau qu’elle améliore également nos connaissances sur la fréquence à laquelle l’antimatière devrait être créée dans les collisions cosmiques entre protons et noyaux atomiques.”

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