ndependent measurement strengthens the case for toponium
Une mesure indépendante renforce l'hypothèse de l'existence du toponium
Par le CERN
Édité par Lisa Lock, relu par Andrew Zinin
Notes de la rédaction
The GIST
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Représentation artistique du toponium. Crédit : D. Dominguez/CERN
Une nouvelle mesure indépendante réalisée par l'expérience CMS au LHC confirme l'existence de la particule composite la plus massive jamais observée : l'union momentanée d'un quark top et de son antiquark.
On a longtemps pensé que le quark top, la particule élémentaire la plus lourde et la plus éphémère connue, se désintégrait trop rapidement pour former des états liés. Cependant, un nouveau résultat de la collaboration CMS, présenté cette semaine aux Rencontres de Moriond, conforte l'observation de l'année dernière selon laquelle les quarks top peuvent, en réalité, s'apparier brièvement avec leurs antiquarks. Cet état lié éphémère, appelé toponium, serait la particule composite la plus massive jamais observée, complétant ainsi la famille des états quark-antiquark liés par l'interaction forte.
La majeure partie de la matière qui nous entoure est constituée d'atomes, dans lesquels les électrons sont liés aux protons par l'interaction électromagnétique. Mais les protons eux-mêmes ne sont pas des particules élémentaires. Ils appartiennent à une vaste famille de particules composites appelées hadrons, dans lesquelles les quarks sont maintenus ensemble par l'interaction forte. Parmi eux, les paires d'un quark avec son antiquark sont les plus simples et offrent une perspective particulièrement claire sur le fonctionnement de l'interaction forte. Depuis des décennies, de tels états sont connus pour tous les types de quarks, à l'exception du plus insaisissable : le quark top.
Découvert il y a plus de 30 ans à l'accélérateur Tevatron près de Chicago, le quark top a fait l'objet d'études approfondies depuis lors, les expériences menées au LHC allant jusqu'à mesurer l'intrication quantique entre quarks et antiquarks top. Même produit simultanément avec son antiquark, le quark top se désintègre généralement avant qu'un état lié puisse se former. Pourtant, les centaines de millions de paires quark top-antiquark produites au LHC, qui en fait une véritable usine à quarks top, constituent un ensemble de données si colossal que même les phénomènes les plus rares peuvent y laisser une trace détectable.
Distribution de la vitesse relative du quark top et de son antiquark. Le graphique supérieur compare les données (points) aux prédictions sans toponium (histogrammes superposés) et à celles qui l'incluent (ligne bleue). Le graphique inférieur montre le rapport avec les prédictions sans toponium. Crédit : CERN
Les premiers indices de l'existence du toponium sont apparus lors de recherches de particules lourdes de type boson de Higgs susceptibles de se désintégrer en une paire quark top-antiquark. Un excès inattendu d'événements de collision a été observé à une masse proche du double de celle du quark top, ce qui est plus caractéristique d'un état lié que d'une nouvelle particule fondamentale. Des études détaillées menées par les expériences CMS et ATLAS ont confirmé cet excès en utilisant des événements où les deux quarks top se désintègrent en leptons (électrons ou muons).
La nouvelle étude CMS aborde le problème sous un angle différent, en examinant des événements où un quark top se désintègre en un quark bottom, un lepton chargé et un neutrino, tandis que l'autre se désintègre en quarks produisant des jets de particules. « Isoler le signal dans ce canal de désintégration a été complexe », explique Otto Hindrichs, chercheur à l'Université de Rochester, qui a développé une nouvelle technique d'intelligence artificielle pour reconstruire ces collisions.
« Au lieu de reconstruire directement la masse de la paire quark top-antiquark, nous nous sommes concentrés sur la vitesse relative du quark top et de l'antiquark », explique Yu-Heng Yu, doctorant ayant participé à l'analyse. « S’ils forment un état lié, leur vitesse relative devrait être bien inférieure à celle qu’ils auraient lorsqu’ils sont produits indépendamment. »
Ces nouvelles techniques se sont révélées extrêmement efficaces. Elles ont permis d’observer un excès avec une signification statistique supérieure à cinq écarts-types – la référence absolue en physique des hautes énergies. Ce résultat apporte une nouvelle confirmation, statistiquement indépendante, de la production de toponium.
« Le toponium est plus lourd que le noyau atomique le plus lourd connu, l’oganesson, ce qui en fait l’état lié le plus massif jamais observé », explique Regina Demina, responsable du groupe CMS à l’Université de Rochester. « Sa découverte approfondit notre compréhension de l’interaction forte et de sa capacité à lier les constituants fondamentaux de la matière. »
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RESUME
Une mesure indépendante renforce l'hypothèse de l'existence du toponium.
Une mesure indépendante réalisée par l'expérience CMS au LHC confirme l'existence du toponium, un état lié d'un quark top et de son antiquark, avec une signification statistique supérieure à cinq écarts-types. Cette découverte établit le toponium comme la particule composite la plus massive jamais observée et contribue à une meilleure compréhension de l'interaction forte.
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COMMENTAIRES
Ce résultat est interessant mais ne concerne
pas les '' petits etats énergétiques de notre vie quotidienne quantique
!!
Car je me dépèche de rappeler a mes élèves que notre propre corps ne contient que des quarks up et down ! Soyez donc rassurés : il faut aller se promener dans les champs d 'énergie extravagants de CMS au CERN pour trouver tace de ces toponium !!!!
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Observation of a pseudoscalar excess at the top quark pair production threshold in the single lepton channel, cms-results.web.cern.ch/cms-re … OP-25-002/index.html
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