Les Atom Smashers Trouvent Quelque Chose De Moins Charmant

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Les sms atomiques permettent désormais aux scientifiques d’exploiter des théories allant au-delà du modèle standard prédit le higgs, avec la découverte possible d’une particule entièrement nouvelle.

La nouvelle génération de briseurs d'atomes, telle que le grand collisionneur de hadrons, laisse entrevoir qu'une nouvelle physique (et de nouvelles particules exotiques) attendent d'être découvertes. Et les scientifiques arrivent juste au point où ils peuvent explorer ces alternatives.

Lors d'une conférence de presse qui s'est tenue dimanche 14 avril lors de la réunion de l'American Physical Society à Denver, trois intervenants ont présenté leurs points de vue sur la recherche de nouvelles espèces de particules, y compris une structure jamais vue auparavant, et sur la confirmation qu'un modèle appelé supersymétrie pourrait être vrai.

La nouvelle structure, actuellement baptisée Y (4140), a été découverte à partir de données expérimentales chez Fermilab et le Large Hadron Collider (LHC). "Nous ne savons pas ce que c'est", a déclaré Kai Yi, physicien à l'Université de l'Iowa et l'un des panélistes. Ce pourrait être une sorte de nouvelle combinaison exotique de quarks, mais pas le soi-disant charmonium qui implique des quarks de charme, ou autre chose. [Au-delà de Higgs: 5 particules insaisissables qui attendent d'être découvertes]

Yi a déclaré que les modèles de particules actuellement acceptés, appelés quarks, prédisent ce que l'on devrait trouver dans les collisions d'accélérateurs de particules. Alors que les physiciens ne peuvent pas observer directement ces collisions proches de la vitesse de la lumière, ils peuvent «voir» à l'aide de détecteurs de haute technologie la cascade de particules qui en résulte; c'est ce qui indique aux observateurs quels types de particules étaient présents avant et pendant la collision. Dans ce cas, les scientifiques ont vu quelque chose qui ne correspondait pas aux prévisions du modèle. Que ce soit une particule ou quelque chose d'autre est encore une question ouverte, a déclaré Yi.

Au-delà du modèle standard

De nombreuses théories actuelles de la physique, dans le cadre dominant du modèle standard, ont été bien testées. Malgré cela, les physiciens ont encore de nombreuses questions en suspens, notamment sur des phénomènes tels que la matière noire, ainsi que sur la manière de relier les forces fondamentales de la nature, dans ce qu'on appelle les Grandes Théories, a déclaré Sung-Won Lee, professeur adjoint à physique à la Texas Tech University.

"Nous avons trois générations de particules élémentaires", a déclaré Lee. "Nous recherchons des signes d'une nouvelle physique… pour des désaccords avec les prévisions du modèle standard."

Yi a déclaré que la nouvelle structure pourrait être la preuve que les quarks se joignent de manière inattendue. En analysant les données du LHC et de son prédécesseur, le Tevatron à Fermilab, Yi a déclaré que Y (4140) pourrait être un ensemble de quarks qui se sont assemblés d’une manière qu’ils ne font habituellement pas. [Infographie: Le modèle standard expliqué]

Les quarks sont les éléments de base de la matière. Ils viennent en six "saveurs" - haut, bas, étrange, charme, bas et haut. Ils ont également une "charge de couleur", qui n'a rien à voir avec la couleur mais est une façon de décrire une qualité mathématique des quarks.

Un proton est composé de trois quarks, deux haut et un bas, alors qu'un neutron est composé de deux quarks bas et d'un quark haut. Les protons et les neutrons sont des baryons. Les quarks peuvent également être reliés à des antiquarks et constituer une autre classe de particules appelées mésons, qui apparaissent dans les accélérateurs de particules.

Pour faire une particule à partir de quarks, il est nécessaire que la "charge de couleur" soit "incolore" - de sorte qu'un proton doit avoir des quarks de couleur rouge, verte et bleue. Un méson, constitué de deux quarks, doit avoir un quark et un antiquark - par exemple, un pion (produit dans des désintégrations radioactives) est constitué d'un quark up et d'un quark anti-down.

Yi a déclaré qu'un de ces mésons "standard" s'appelle charmonium, constitué d'un quark à charme et de son propre antiquark. La structure trouvée par les expériences LHC et Fermilab ne correspond pas à cela, cependant. Il y a fort à parier que cette découverte n'est pas simplement un artefact des données ou une fluctuation. "La probabilité que ce soit juste une fluctuation soit de un sur dix au moins septième", a-t-il déclaré, soit un sur dix millions.

Il existe de nombreux modèles appelés "modèles de quark exotiques" qui supposent, par exemple, que quatre quarks sont joints. Mais Yi a dit qu'il est loin d'être clair quel modèle, le cas échéant, s'applique ici.

Matière noire et supersymétrie

Le modèle standard est le pilier de la physique depuis des décennies et il a eu beaucoup de succès - il a prédit l’existence du boson de Higgs, par exemple, ce que des équipes de physiciens travaillant avec le Grand collisionneur de hadrons ont finalement trouvé des preuves LHC). (Cependant, il n’est pas certain que les découvertes de Higgs soient du même type que celles attendues du modèle standard.)

Il y a encore quelques problèmes, cependant. Par exemple, les astrophysiciens savent qu’une grande partie de l’univers est composée de ce qu’on appelle la matière noire, une substance invisible qui n’interagit qu’avec la matière par la gravité. Le modèle standard a du mal à en rendre compte, car créer de la matière noire à partir de particules dont on sait qu'elles ne donneraient pas la même chose. [8 mystères déroutants d'astronomie]

Un autre mystère sans réponse est appelé le problème de la hiérarchie. La gravité est 10 ^ 32 fois plus faible que la force nucléaire faible, qui régit des phénomènes tels que la radioactivité. On ne sait toujours pas pourquoi, et les théories sur la supersymétrie pourraient être une réponse à ce problème.

La supersymétrie (ou SUSY) est une théorie qui dit que les particules qui composent la matière, appelées fermions, et celles qui transportent des forces, appelées bosons, ont toutes des "super partenaires". Les super-partenaires auraient tous les mêmes propriétés quantiques, sauf une, qui décrit leurs spins. Les fermions - les électrons, par exemple - ont des spins semi-entiers alors que les bosons ont ce qu'on appelle des spins entiers.

Mais jusqu'à présent, personne n'a trouvé les partenaires supersymétriques à base de particules élémentaires connues - du moins pas encore. Lee a déclaré que le LHC s'approchait des énergies où certaines de ces particules pourraient être trouvées.

Dans cette optique, Santiago Folgueras de l’Université d’Oviedo en Espagne a déclaré que les travaux récents donnaient aux scientifiques une meilleure idée de l’endroit où chercher les particules SUSY, mais que c’est difficile à faire car il n’ya pas beaucoup d’événements ou de désintégration de particules., qui donnent des données. La plupart des progrès ont consisté à fixer des limites inférieures aux énergies auxquelles les partenaires supersymétriques sont susceptibles d'être observés.

Cela ne signifie pas qu'il n'y a pas de sceptiques quant aux théories telles que la supersymétrie. Mikhail Shifman, professeur à l'Université du Minnesota, a écrit un essai sur ArXiv, un site Web sur lequel les physiciens publient leurs recherches, en octobre 2012, affirmant qu'il y avait de bonnes chances que les théories sur la supersymétrie soient une impasse. Il a noté que la découverte du boson de Higgs était une solide confirmation du modèle standard (du moins jusqu'à présent), mais qu'aucun des partenaires supersymétriques des particules élémentaires n'avait encore été trouvé.

Matt Strassler, ancien professeur de physique à Rutgers, a déclaré que Shifman était un peu prématuré. Les travaux sur le LHC ont exclu de nombreux types de théorie SUSY, bien qu'aucune classe de théories n'ait été complètement exclue pour le moment.

Lee a déclaré qu'il restait encore beaucoup à faire pour limiter les possibilités. "C'est comme si tu avais perdu ton alliance sur une plage et que tu devais la trouver. C'est un grand domaine dans lequel regarder."

C'est pourquoi il est important que les scientifiques de nombreuses institutions fassent ce type de travail, a-t-il ajouté. "Si tes amis t'aident à regarder, tu as une bien meilleure chance de le trouver."

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