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Au sein du bestiaire de la physique des particules, après les particules ordinaires et les particules virtuelles, se trouvent les quasi-particules. Les quasi-particules permettent de décrire la dynamique de systèmes physiques complexes contenant plusieurs interactions entre particules. Si la plupart des quasi-particules trouvent leur place en physique de la matière condensée, certaines peuvent également apparaître lors de collisions de particules. Et le LHC viendrait de mettre en évidence l’existence de l’une d’elles, prédite depuis les années 1970 : l’odderon.

La quasi-particule est certainement l’un des objets physiques les plus complexes à appréhender. Tout d’abord, ce n’est pas une particule comme l’est l’électron, le photon ou le neutron. Une quasi-particule permet de d’écrire un système complexe d’interactions comme les paires électron libre-trou (excitons), des paquets de vibration dans un solide cristallin (phonons) ou encore des excitations au sein d’un plasma (plasmons).

Elle est donc souvent la résultante d’une vibration ou d’une oscillation d’énergie lors de l’interaction de plusieurs particules. Ces interactions complexes apparaissent notamment lors de collisions de particules. Par exemple, lors d’une collision relativiste proton-proton comme il s’en déroulent au LHC, les deux particules s’échangent de l’énergie et subissent un réarrangement de leur structure hadronique. En clair, les quarks et les gluons qui les composent changent de configuration. En effet, dans 25% des cas, les protons ne sont pas détruits.

Cette interaction hadronique est extrêmement complexe à décrire mathématiquement. Pour ce faire, les physiciens devraient pouvoir connaître l’énergie et la position de chaque gluon et décrire leur mouvement dans l’espace individuellement. Pour simplifier les calculs, les physiciens ont choisi de décrire ces échanges de particules comme des groupes de particules liées, et donc comme des quasi-particules.

Le modèle physique de collision hadronique initial propose que les gluons sont toujours échangés par nombres pairs. Une groupement de deux gluons est donc décrit par une quasi-particule appelée « pomeron ». Toutefois, en 1973, les physiciens suggèrent qu’il est possible que des groupes impairs de gluons puissent être également échangés. Cette quasi-particule décrivant l’échange impair de gluons est alors appelée « odderon » (odd signifiant étrange en anglais).

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L’expérience TOTEM du LHC permet d’étudier les protons qui restent intacts après une collision. Crédits : CERN

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Cependant, en 1973 et jusque dans les années 2010, les physiciens ne possédaient pas la technologie nécessaire pour sonder la matière suffisamment précisément pour confirmer l’existence des odderons. Avec la mise en place des collisions à 13 TeV au LHC, ils ont enfin eu l’outil tant attendu pour tester leur théorie. Pour ce faire, les scientifiques ont cherché des différences dans la section efficace proton-proton et proton-antiproton grâce à l’expérience TOTEM (TOTal cross-section, Elastic scattering and diffraction dissociation Measurement) du LHC.

Et les données recueillies ont bien montré une différence quantitative entre les sections efficaces proton-proton et proton-antiproton. Cette différence est compatible avec l’existence des odderons, car l’échange impair de gluons expliquerait correctement ces valeurs. Bien que les odderons ne soient pas l’unique explication possible à ces résultats, les physiciens considèrent qu’elle est ici la plus plausible. Les résultats ont été publiés dans un article posté sur le serveur de pré-publication arXiv.

Même si les odderons sont en désaccord avec le modèle hadronique classique imposant l’échange de pairs de gluons lors de collisions hadroniques, ces résultats ne sont toutefois pas révolutionnaires ni ne violent les prédictions du modèle standard. En effet, bien qu’il soit toujours extrêmement intéressant de pouvoir valider l’existence d’un objet physique proposé de longue date, les odderons étaient bien une prédictions attendues des physiciens dans le cadre de la chromodynamique quantique (QCD).

Source : arXiv

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