CMS cherche des photons noirs issus d'un boson de Higgs
Publié par Redbran le 17/06/2019 à 14:00
Source: CERN
La collaboration CMS a recherché des collisions dans lesquelles le boson de Higgs se serait transformé en un photon et un hypothétique photon noir


A proton–proton collision event featuring a muon–antimuon pair (red), a photon (green), and large missing transverse momentum.
(Image: CERN)

Ils savent qu'elle existe, mais ils ne savent pas de quoi elle est faite: voilà à peu près tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) ce que les scientifiques savent de la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet des galaxies....). La connaissance qu'ils en ont provient de leurs observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), qui indiquent que la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de...) de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état...) invisible est environ cinq à six fois supérieure à celle de la matière visible.

L'une des théories envisagées postule que la matière noire est composée de particules noires qui interagissent les unes avec les autres par l'intermédiaire d'une particule médiatrice (En géométrie plane, la médiatrice d'un segment est l'ensemble des points équidistants des extrémités du segment. Cet ensemble est la droite passant par le milieu du segment et qui est...) appelée "photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement...) noir", par analogie avec le photon ordinaire qui agit comme médiateur entre des particules électriquement chargées. Un photon noir n'interagirait que faiblement avec les particules connues décrites par le Modèle standard de la physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs...), et notamment avec le boson de Higgs (Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l'existence a été proposée en 1964 par Gerry Guralnik, C.R. Hagen, et Tom Kibble; Robert Brout et François Englert (et nommé « boson scalaire...).

Lors de la conférence LHCP (Large Hadron (Un hadron est un composé de particules subatomiques régi par l'interaction forte. Dans le Modèle Standard de la Physique des particules, ces particules sont composées de quarks et/ou d'anti-quarks ainsi que de gluons.) Collider Physics), qui s'est tenue du 20 au 26 mai à Puebla, au Mexique, la collaboration CMS a fait part des résultats les plus récents sur sa recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) de photons noirs.

La collaboration a utilisé un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) important de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) sur les collisions proton-proton, enregistrées pendant la deuxième exploitation du Grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) de hadrons, pour rechercher des collisions où le boson (Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés de symétrie particulières lors de l'échange de particules : un système de particules identiques se comportant comme des...) de Higgs se serait transformé, ou "désintégré", en un photon et un photon noir dépourvu de masse. Les chercheurs se sont concentrés sur les collisions ayant produit simultanément un boson de Higgs et un boson Z (Le boson Z0 est un des trois bosons de jauge de l'interaction faible, les deux autres étant le boson W sous deux états opposés de charges électriques notés W+ et W-.), lequel se désintègre en électrons ou en leurs cousins plus lourds, appelés muons.

Les désintégrations recherchées sont censées être extrêmement rares, et il faut pour les repérer supposer la présence d'un éventuel photon noir, que les détecteurs de particules ne peuvent pas observer. Pour ce faire, les chercheurs additionnent les impulsions des particules détectées dans la direction transversale, c'est-à-dire perpendiculairement aux faisceaux de protons entrant en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.), et déterminent l'impulsion manquante nécessaire pour atteindre une valeur totale de zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans...) ; une impulsion transversale manquante indique la présence d'une particule non détectée.

Une étape supplémentaire est toutefois nécessaire pour distinguer un éventuel photon noir d'une particule connue: il faut pour cela estimer la masse de la particule qui se désintègre en un photon détecté et en une particule non détectée. Si l'impulsion transversale manquante est portée par un photon noir produit par la désintégration d'un boson de Higgs, la masse manquante devrait correspondre à celle du boson de Higgs.

La collaboration CMS, qui a procédé de cette manière, n'a cependant trouvé aucune trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et la géométrie du plasma...) de photons noirs. Elle a toutefois déterminé les limites supérieures de la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités...) qu'un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit...) de ces photons noirs soit observé.

S'agit-il encore d'un résultat nul ? Oui, mais si de tels résultats, tout comme ceux qu'ATLAS a présentés à Puebla sur la supersymétrie (Note : Pour profiter au mieux de cet article, le lecteur devrait avoir de bonnes notions sur le spin, la physique des particules et la symétrie en physique.), ne signifient pas la découverte de nouvelles particules et n'excluent pas non plus leur existence, ils contribuent en revanche à donner une direction aux travaux futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.), tant expérimentaux que théoriques.

Pour plus de détails sur ce résultat, voir le site web (Un site Web est un ensemble de pages Web hyperliées entre elles et mises en ligne à une adresse Web. On dit aussi site Internet par métonymie, le World Wide Web reposant sur Internet.) de CMS.
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