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  • Preuves de la Désintégration du Boson de Higgs en Quarks

    Posté le 2 août 2017

    Le Modèle Standard fait des prédictions très précises sur la manière dont le Boson de Higgs interagit avec différentes particules. Les premières observations étaient basées sur les mesures de sa désintégration en d’autres bosons (W,Z,γ). Maintenant, les chercheurs de la collaboration ATLAS viennent de montrer comment le Higgs se désintègre directement en fermions tels que les quarks et les leptons, la famille de particules fondamentales qui composent la matière.

    Jusqu’à maintenant les chercheurs ont pu prouver la désintégration du Boson de Higgs en photons, leptons tau et bosons W et Z. Cependant, cela ne représente que 30% des désintégrations. La désintégration en quarks bottom (H→bb) qui devrait pourtant se produire avec le taux le plus élevé (environ 58% d’après le Modèle Standard) n’avait jamais été observée. La raison est qu’il est très difficile de la distinguer des processus similaires d’arrière plan (qui pourraient s’assimiler à un “bruit de fond”) : les paires de quark bottom sont créées 10 millions de fois plus souvent que les désintégrations H→bb.

    Les physiciens de la collaboration ATLAS ont donc cherché les désintégrations H→bb qui sont créées en association avec une autre particule, dans ce cas il s’agit d’un boson vecteur (W ou Z). Les désintégrations plus reconnaissables des bosons vecteurs permettent de réduire le bruit de fond. Cela conduit à un taux de production beaucoup plus faible (environ 30,000 désintégrations H→bb devraient avoir été produites de cette manière) mais fournit une opportunité de repérer cette désintégration insaisissable.

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  • Exploration de la Manière dont le Boson de Higgs Interagit avec les Autres Bosons

    Posté le 1 août 2017

    Depuis son dernier redémarrage le LHC a produit environ 20000 Bosons de Higgs par jour lors des collisions Proton-Proton à 13 TeV. Fin 2015, les données collectées par les collaborations ATLAS et CMS étaient déjà suffisantes pour de nouvelles observations du Higgs Boson à de nouvelles énergies de collision. Maintenant, avec plus de 36000 trillions de collisions entre 2015 et 2016, l’expérience ATLAS peut effectuer des mesures toujours plus précises du Boson de Higgs.

    Mesurer la manière dont le Boson de Higgs est produit et comment il se désintègre est l’un des objectifs majeurs des expériences du LHC. Une plus grande précision de ces mesures permet aux chercheurs d’affiner la compréhension du secteur de Higgs du Modèle Standard, et également de contraindre les nouveaux phénomènes au-delà du Modèle Standard qui modifieraient le couplage du Higgs avec d’autres particules du Modèle Standard.

    En étudiant les désintégrations du boson de Higgs en paires de photons (H→γγ) et en 4 leptons via des bosons Z intermédiaires (H→ZZ*→4ℓ, où le “*” indique que l’un des bosons Z est produit en dehors de sa couche de masse [“produced off its mass shell” = produite hors couche de masse], c’est à dire qu’il s’agit d’une particule virtuelle), l’expérience ATLAS peut mesurer les propriétés de couplage du Boson de Higgs avec une précision sans précédent.

    Au LHC, le Boson de Higgs est produit via différents processus à des taux très différents : fusion de gluon, fusion de boson vecteur, WH, ZH, et ttH. Pour sonder ces modes de production, ATLAS a introduit un jeu de critères pour caractériser les évènements de Higgs avec états finaux H→γγ et H→ZZ*→4ℓ. Vous pouvez voir les résultats de cette étude sur les graphiques 1 et 2 où la section transversale, normalisée à la valeur prédite par le Modèle Standard, est montrée.

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  • Comment Mesure-t-on le Rayon d’un Proton ?

    Posté le 16 septembre 2016

    Proton-illustrationUn proton est une particule qui contient 3 quarks chargés (2 quarks up et un quark down) liés par la force nucléaire forte.

    La notion de taille pour une particule comme le proton, qui est dans le domaine de la physique quantique, est difficile à définir. Mais il y a 2 manières classiques de mesurer son rayon : par diffusion des électrons d’un atome d’hydrogène ou en regardant de très près la différence entre certains niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène (cette différence est appelée décalage de Lamb)

    Le décalage de Lamb est la différence d’énergie entre les 2 niveaux de l’atome d’hydrogène, notés 2S1/2 et 2P1/2. Il est dû à l’interaction entre les fluctuations quantiques du vide et l’électron de l’hydrogène. Il a été découvert en 1930 par Willis Lamb. Ce décalage d’énergie est si faible qu’il est très sensible au rayon du proton.

    Le rayon du proton, qui est défini comme la distance à laquelle la densité de charge descend en dessous d’une certaine valeur, est estimé à 0,8751 femtomètres.

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  • Une nouvelle particule hypothétique pourrait solutionner 2 problèmes majeurs de la physique des particules

    Posté le 15 septembre 2016

    particule_hypothetique

    Dans un article publié dans Physical Review Letters, les physiciens Yu-Sheng Liu, David McKeen, et Gerald A. Miller de l’University of Washington à Seattle ont émis l’hypothèse d’une nouvelle particule.

    Cette hypothèse est très attrayante parce qu’elle pourrait solutionner 2 problèmes majeurs : l’énigme du rayon du proton et une divergence dans les mesures du moment magnétique anomal du muon qui diffèrent des prédictions du Modèle Standard de manière significative.

    Les physiciens décrivent cette nouvelle particule hypothétique comme un boson scalaire électrophobique. Il y a actuellement 5 bosons dans le Modèle Standard dont un seul est scalaire (le boson de Higgs), ce qui signifie qu’il a un spin de 0. Ces 5 bosons ont été confirmés expérimentalement. Ce sont des porteurs de force qui jouent un rôle dans la cohésion de la matière.

    Une des caractéristiques de cette nouvelle particule hypothétique est que, malgré le fait qu’elle devrait se lier aux protons et aux neutrons, elle ne se lierait que très faiblement ou pas du tout aux électrons, la rendant “électrophobique”. Cette propriété permettrait à la particule de résoudre les 2 problèmes cités précédemment.

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  • La Découverte du Pentaquark est confirmée

    Posté le 20 août 2016

    Pentaquark

    De nouveaux résultats de l’expérience LHCb du LHC (CERN) confirment la découverte d’août 2015 qui a montré que les quarks peuvent s’associer par groupe de 5.

    Deux nouvelles études de la collaboration LHCb écartent tous les doutes sur la découverte de particules exotiques comportant 5 quarks. La première démontre que la preuve de l’existence des pentaquarks est indépendante des modèles. La 2ème rapporte la preuve de particules hadroniques, dont les propriétés sont cohérentes avec celles des précédents pentaquarks observés, dans un nouveau canal de désintégration.

    Les quarks s’assemblent habituellement par groupes de 2 (mésons) ou de 3 (baryons). Mais au cours des 2 dernières années, la collaboration LHCb a confirmé l’existence de particules exotiques comportant 4 ou 5 quarks qui avaient été prédites depuis longtemps par les théoriciens. Dans le cas du pentaquark, les données de la désintégration d’une particule à 3 quarks (lambda bottom) ont été analysées. Cette particule se désintégrait en une autre particule plus légère à 3 quarks (J∕psi), un proton et un kaon (méson K). Mais il arrivait qu’elle passe par un état intermédiaire comprenant une particule à 5 quarks et un kaon.

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