Des physiciens de la collaboration CMS (Compact Muon Solenoid) au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN ont observé la production de trois particules J/ψ lors d’une seule collision entre deux protons.
Une collision proton-proton avec six muons (lignes rouges) produits dans la désintégration de trois particules J/ψ. Crédit image : CMS / CERN.
Le méson J/ψ (méson J/psi ou psion) est un méson neutre en saveur, environ trois fois plus massif qu’un proton.
Cette particule est constituée d’une paire de charme et d’anti-charme maintenus ensemble par la force forte.
Elle a été découverte lors de deux expériences inattendues en 1974, dans le cadre de la “révolution de novembre” de la physique des particules. Cette découverte a conduit à la découverte du quark charmant, un cousin plus lourd du quark up.
Les pionniers de ces expériences – Burton Richter et Samuel Ting – ont reçu le prix Nobel de physique en 1976 et, surtout, ont ouvert une nouvelle fenêtre dans le domaine de la physique des hautes énergies.
Les expériences ATLAS, CMS et LHCb ont déjà vu une ou deux particules J/ψ sortir de la collision d’une seule particule, mais jamais elles n’avaient vu la production simultanée de trois particules J/ψ – jusqu’à la nouvelle analyse de CMS.
La rareté de ce processus se reflète dans le nombre d’événements trouvés, qui est d’un maigre 5, sur près de 100 milliards d’interactions proton-proton qui se sont produites pendant le fonctionnement Run-2 du LHC s’étendant de 2015 à 2018.
Le nouveau résultat, publié sur le site Web du CERN CDS Le nouveau résultat, publié sur le serveur d’information du CERN CDSa une signification statistique de plus de cinq écarts types – le seuil utilisé pour affirmer l’observation d’une particule ou d’un processus en physique des particules.
“Ce résultat fournit une nouvelle approche indépendante pour étudier l’évolution de la densité transversale des quarks et des gluons à l’intérieur du proton en exploitant, pour la première fois, la production de trois particules J/ψ”, ont déclaré le Dr Stefanos Leontsinis, physicien de CMS, et ses collègues.
“Dans les 20 prochaines années, les expériences du LHC prévoient d’accumuler des échantillons de données de collisions proton-proton 20 fois plus importants que ceux analysés par notre équipe.”
“Les études futures nous permettront donc de mesurer plus précisément la triple production de la particule J/ψ – et d’autres particules plus lourdes – et ainsi d’améliorer grandement notre compréhension de la structure du proton aux plus hautes échelles d’énergie jamais sondées.”
