Des physiciens de la collaboration ATLAS au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN ont observé le Bc*+ méson, une version excitée du Bc+ méson – tous deux constitués d’un quark charme et d’un antiquark inférieur.
Les protons et les neutrons – les éléments constitutifs de la matière – appartiennent à une vaste classe de particules appelées hadrons. Les hadrons sont des particules composites constituées de quarks liés entre eux par une force forte.
Ils sont classés en deux groupes : les baryons, constitués de trois quarks (comme les protons et les neutrons), et les mésons, formés d’une paire quark-antiquark.
Malgré des décennies d’études, de nombreux aspects de la force forte restent mal compris, notamment la manière dont elle lie les quarks entre eux à l’intérieur des hadrons.
Les mésons constitués de quarks lourds – tels que les quarks charm ou bottom – peuvent constituer un laboratoire important pour tester les descriptions théoriques de ces effets.
Les physiciens sont particulièrement intéressés par Bc+ mésons, car ils contiennent deux types de quarks lourds : un quark charme et un antiquark bottom.
Les physiciens d’ATLAS ont produit la version excitée du Bc+ méson dans les collisions proton-proton à haute énergie au LHC.
Selon l’équipe, Bc*+ se désintègre rapidement en un Bc+ méson et un photon.
Détecter ce photon ainsi que les produits de désintégration du Bc+ le méson fournirait aux chercheurs la « preuve irréfutable » démontrant la présence du Bc*+ méson.
Cependant, le principal défi est que la masse attendue du Bc+ le méson n’est que légèrement plus grand que celui du Bc+ méson, ce qui signifie que le photon produit lors de la désintégration transporte très peu d’énergie
En fait, l’énergie est si faible qu’elle ne peut pas être facilement détectée par l’approche normale.
Plutôt que d’utiliser des techniques standard d’identification de photons, les scientifiques ont plutôt recherché le photon se convertissant en une paire électron-positon dans le détecteur de suivi ATLAS, laissant derrière lui des traces de particules chargées étroitement espacées provenant d’un point commun déplacé par la collision proton-proton initiale.
Ces traces peuvent avoir une impulsion transversale aussi faible que 100 MeV, soit nettement inférieure à celles généralement étudiées dans les analyses ATLAS.
Cela a obligé les auteurs à déployer une procédure dédiée de reconstruction de piste pour pouvoir reconstruire avec succès les photons et ainsi identifier le B.c*+ méson.
La différence de masse mesurée entre le Bc*+ méson et le Bc+ le méson est de 64,5 ± 1,4 MeV.
« Cela se situe dans la fourchette des attentes théoriques disponibles, bien qu’il s’écarte légèrement des calculs modernes les plus récents et de haute précision », ont déclaré les physiciens.
« Ce résultat fournit de nouvelles données précieuses pour les modèles théoriques décrivant les masses de particules contenant les quarks les plus lourds et contribuera à améliorer la compréhension de la force nucléaire forte. »
Les travaux de l’équipe seront publiés dans la revue Physics Review Letters.
