Découverte révolutionnaire : des chercheurs découvrent du toponium au LHC !

Découverte révolutionnaire : des chercheurs découvrent du toponium au LHC !

Les chercheurs du Université de Hambourg et DESY ont réalisé des progrès révolutionnaires dans la physique des particules en trouvant des preuves de la présence du toponium. Le toponium résulte d'un état lié entre un quark top et son antiparticule, l'anti-quark top. Cette découverte pourrait fournir de nouvelles informations cruciales sur la structure fondamentale de toute matière.

L'avancée a été rendue possible grâce aux signaux obtenus dans deux expériences Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN ont été identifiés. Le quark top, la particule élémentaire la plus lourde connue, se désintègre en moins d'un quadrillionième de seconde, soulignant ce qui était considéré comme une hypothèse extrêmement difficile pour observer les états liés. Jusqu'à présent, l'opinion était qu'un tel état ne pouvait pas être détecté avec l'antiparticule, mais de nouvelles données ébranlent cette opinion.

Découverte expérimentale

La découverte du toponium a été réalisée indépendamment dans les expériences CMS et ATLAS du LHC. Selon les chercheurs, une plus grande quantité de quarks top ayant une faible énergie cinétique a été mesurée, ce qui permet la formation de toponium. Les premières indications de toponium figuraient déjà dans l'expérience CMS en 2016, qui a été renforcée par des données supplémentaires de 2017 et 2018. ATLAS a pu confirmer le lien à l'aide de ses propres données, ce qui souligne encore la pertinence des résultats.

Laurids Jeppe, doctorant à l'Université de Hambourg, souligne que la précision obtenue lors de la mesure de processus rares est remarquable. Les résultats obtenus ont été présentés lors de la Conférence de physique des hautes énergies de la Société européenne de physique.

De plus, les analyses de l’expérience CMS révèlent une propriété inattendue dans le comportement des quarks top. Cette observation suggère que les quarks top forment brièvement un « état quasi-lié » avec leurs antiparticules, appelé toponium. Cette découverte est non seulement surprenante, mais pourrait également annoncer de nouvelles particules qui testeraient les limites du modèle standard actuel de la physique des particules.

Les mesures et leur signification

L’expérience CMS a révélé que la section efficace de production pour l’excès de paires quark t-antiquark était de 8,8 picobarns (pb), avec une incertitude de 1,3 pb, atteignant un niveau de confiance « cinq sigma ». La collaboration ATLAS a constaté que les mêmes effets étaient confirmés dans les données globales de l'exploitation 2 du LHC, mesurant la section efficace de production à 9,0 ± 1,3 pb et excluant les modèles significatifs qui ignorent la formation d'un état quasi-lié.

Un modèle explicatif alternatif pourrait impliquer l’existence d’une nouvelle particule ayant une masse proche du double de celle du quark top. Cependant, afin d’interpréter de manière concluante les phénomènes, une modélisation précise du comportement des quarks et des gluons lors de collisions à haute énergie est nécessaire.

La découverte de Toponium élargirait non seulement la compréhension de Quarkonia, mais orienterait également le paysage de la recherche vers de nouvelles façons d’étudier cette interaction forte. Ces formations d'appariements quarks lourds-antiquarks représentent déjà les découvertes précédentes du charmonian et du bottomonien dans les années 1970, et la troisième phase en cours du LHC devrait fournir des données supplémentaires pour explorer davantage les interactions quark t-antiquark.