Un événement de collision proton-proton avec six muons (lignes rouges) produit dans les désintégrations de trois particules J/ψ. Crédit : CMS/CERN
Pour la première fois en physique des particules, la collaboration CMS a observé trois particules J/ψ émergeant d’une seule collision entre deux protons.
C’est un triple régal. En passant au crible les données des collisions de particules au Grand collisionneur de hadrons (LHC), la collaboration CMS a vu non pas une, ni deux, mais trois particules J/ψ émerger d’une seule collision entre deux protons. En plus d’être une première pour la physique des particules, l’observation ouvre une nouvelle fenêtre sur la façon dont les quarks et les gluons sont distribués à l’intérieur du proton.
La particule J/ψ est une particule spéciale. C’était la première particule contenant un quark charmé à être découvert, gagnant Burton Richter et Samuel Ting un Prix Nobel de physique et aider à établir le modèle des quarks de particules composites appelées hadrons.
Des expériences telles que ATLAS, CMS et LHCb au LHC ont déjà vu une ou deux particules J/ψ sortir d’une seule collision de particules, mais jamais auparavant elles n’avaient vu la production simultanée de trois particules J/ψ – jusqu’à ce que la nouvelle analyse CMS.
L’astuce? Analyser la grande quantité de collisions proton-proton à haute énergie collectées par le détecteur CMS pendant la seconde période du LHC et rechercher la transformation des particules J/ψ en paires de muons, les cousins les plus lourds des électrons.
À partir de cette analyse, l’équipe de CMS a identifié cinq cas d’événements de collision unique proton-proton dans lesquels trois particules J/ψ ont été produites simultanément. Le résultat a une signification statistique de plus de cinq écarts types – le seuil utilisé pour revendiquer l’observation d’une particule ou d’un processus en physique des particules.
Ces événements de trois J/ψ sont très rares. Pour avoir une idée, les événements à un J/ψ et les événements à deux J/ψ sont respectivement environ 3,7 millions et 1800 fois plus fréquents. « Mais ils valent la peine d’être étudiés », déclare Stefanos Leontsinis, physicien de CMS, « Un plus grand échantillon d’événements à trois J/ψ, que le LHC devrait être en mesure de collecter à l’avenir, devrait nous permettre d’améliorer notre compréhension de la structure interne. de protons à petite échelle.
