Le grand collisionneur de hadrons (LHC), un énorme accélérateur de particules, continue de repousser les limites de la science, et dans des expériences récentes avec sa participation, les scientifiques ont découvert quelque chose qui pourrait être la première preuve potentielle de l'existence d'une quasi-particule subatomique, appelée odderon, qui n'existait jusque-là qu'en théorie. … Les résultats obtenus concernent les hadrons, une famille de particules élémentaires, qui comprend des protons et des neutrons, qui sont constitués de quarks «collés» avec des gluons.
Dans leurs expériences avec le LHC, les scientifiques ont utilisé un mode de fonctionnement spécial de l'accélérateur, dans lequel les protons en collision restent intacts au lieu d'être détruits, générant des pluies entières de particules secondaires. Auparavant, lors d'expériences similaires, on avait remarqué que dans de telles collisions, les protons ne s'envolent pas simplement les uns des autres, ils parviennent à échanger très rapidement plusieurs gluons. Dans ce cas, le nombre de gluons «d'échange» était toujours même antérieur.
Au final, les scientifiques n'ont pas trouvé l'odderon lui-même, mais les chercheurs ont observé certains effets qui pourraient indiquer sa présence. Les physiciens ont utilisé des protons, qui ont une énergie élevée, ce qui leur a permis d'obtenir une plus grande précision dans leurs mesures. Et dans les résultats de ces mesures, des cas d'échange entre protons avec un nombre impair de gluons ont été trouvés, ce qui ne rentre pas du tout dans tous les modèles existants de tels processus. Les chercheurs pensent que c'est l'odderon, quasiparticule constituée dans ce cas de trois, cinq, sept ou plus de nombres impairs de gluons, qui est responsable de cet écart, qui se forme pendant une courte période au moment de la collision des protons.
«Les résultats obtenus ne cassent pas le modèle standard existant de la physique des particules. Il y a un certain nombre de «points noirs» dans ce modèle, et nos travaux nous ont permis «d'illuminer» un seul de ces domaines et d'y ajouter un nouveau détail », explique Timothy Raben, physicien des particules et physicien des sous-éléments de l'Université du Kansas.
Pour la recherche, les capteurs très sensibles de l'expérience TOTEM ont été utilisés, installés à quatre points clés du tunnel du collisionneur, où les faisceaux de protons se «croisent» et des milliards de collisions se produisent chaque seconde.
«Une explication possible pour laquelle les protons peuvent entrer en collision sans destruction est odderon, mais en pratique, les scientifiques n'ont jamais observé cela. C'est peut-être la première fois qu'une preuve réelle de l'existence de ces quasi-particules est obtenue », commente Simona Giani, porte-parole d'un groupe de physiciens travaillant sur l'expérience TOTEM, qui s'inscrit dans une recherche générale de quasi-particules.
Il est assez difficile pour un profane de comprendre cela, alors les scientifiques expliquent cela en utilisant l'exemple d'un transporteur automobile transportant des voitures dans une remorque.
«Imaginez que les protons soient deux gros tracteurs transportant des voitures. On les voit souvent sur la route », explique Raben.
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«Imaginez maintenant que ces deux camions se heurtent, cependant, après l'accident, les camions restent intacts, mais les voitures qu'ils ont transportées se disperseront dans des directions différentes. Et en même temps, de nouvelles voitures se forment littéralement dans les airs. L'énergie passe dans un état de matière."
«Les physiciens chassent les odderons théoriques depuis quelques décennies, à partir des années 1970. Cependant, les capacités technologiques de l'époque ne prouvaient tout simplement pas l'existence des Odderon », ajoute Raben.
Plus de 100 scientifiques de huit pays ont été impliqués dans les expériences pour trouver des odderons. Des milliards de paires de protons accéléraient à l'intérieur du LHC chaque seconde. Grâce à la modernisation du collisionneur de hadrons en 2015, le niveau d'énergie de pointe des protons accélérés était de 13 TeV.
Bien que les chercheurs n'aient pas pu observer directement l'odderon, ils ont été témoins de ses effets et espèrent obtenir des résultats plus transparents à l'avenir. Les scientifiques estiment que la prochaine modernisation du LHC permettra de les obtenir, ce qui permettra d'accélérer les particules vers des indicateurs d'énergie encore plus élevés.
«Nous nous attendons à d'excellents résultats dans les prochaines années», a commenté Christophe Royon de l'Université du Kansas.
Les résultats des travaux en cours ont été publiés sur le site Web ArXiv.org et sont actuellement en attente d'évaluation par d'autres experts.
Nikolay Khizhnyak
