une grande partie de la matière de l’univers est constitué de minuscules particules appelées quarks. Normalement, il est impossible de voir un quark seul car ils sont toujours liés étroitement ensemble en groupes. Les Quarks ne se séparent que dans des conditions extrêmes, comme immédiatement après le Big Bang ou au centre des étoiles ou lors de collisions de particules à haute énergie générées dans les collisionneurs de particules.
des scientifiques de L’Université Louisiana Tech travaillent sur une étude des quarks et de la force qui les lie en analysant les données de L’expérience ATLAS au LHC., Leurs mesures pourraient nous en dire plus sur les conditions de l’univers primitif et pourraient même faire allusion à de nouveaux principes de physique non découverts.
Les particules qui collent les quarks ensemble sont bien nommées « gluons. »Les Gluons portent la force forte, l’une des quatre forces fondamentales de l’univers qui régissent la façon dont les particules interagissent et se comportent. La force forte lie les quarks en particules telles que les protons, les neutrons et les noyaux atomiques.,
comme son nom l’indique, la force forte est la plus forte—elle est 100 fois plus forte que la force électromagnétique (qui lie les électrons aux atomes), 10 000 fois plus forte que la force faible (qui régit la désintégration radioactive) et cent millions de millions de millions de millions de millions (1039) fois plus forte que la gravité (qui vous attire
Mais ce rapport change lorsque les particules sont pompées plein d’énergie. Tout comme la vraie colle perd sa viscosité lorsqu’elle est surchauffée, la force forte portée par les gluons s’affaiblit à des énergies plus élevées.,
« Les particules jouent selon un ensemble de règles en évolution”, explique Markus Wobisch de L’Université Louisiana Tech. « La force des forces et leur influence dans le monde subatomique changent à mesure que les énergies des particules augmentent. C’est un paramètre fondamental dans notre compréhension de la matière, mais qui n’a pas encore été complètement étudié par les scientifiques à haute énergie. »
caractériser la cohésion de la force forte est l’un des ingrédients clés pour comprendre la formation des particules après le Big Bang et pourrait même fournir des indices de nouvelle physique, tels que des dimensions supplémentaires cachées.,
« des dimensions supplémentaires pourraient aider à expliquer pourquoi les forces fondamentales varient considérablement en force”, explique Lee Sawyer, professeur à L’Université Louisiana Tech. « Par exemple, certaines des forces fondamentales ne peuvent paraître faibles que parce qu’elles vivent dans des dimensions supplémentaires cachées et que nous ne pouvons pas mesurer leur pleine force. Si la force forte est plus faible ou plus forte que prévu à des énergies élevées, cela nous dit qu’il manque quelque chose à notre modèle de base de l’univers., »
en étudiant les collisions à haute énergie produites par le LHC, l’équipe de recherche de L’Université Louisiana Tech caractérise la façon dont la force forte tire les quarks énergétiques en particules encombrées. Le défi auquel ils sont confrontés est que les quarks sont turbulents et câpres à l’intérieur des détecteurs de particules. Cette soirée subatomique implique des centaines de particules, souvent issues d’environ 20 collisions proton-proton se produisant simultanément. Il laisse un signal désordonné, que les scientifiques doivent ensuite reconstruire et catégoriser.,
Wobisch et ses collègues ont innové une nouvelle méthode pour étudier ces groupes tapageurs de quarks appelés jets. En mesurant les angles et les orientations des jets, lui et ses collègues apprennent de nouvelles informations importantes sur ce qui s’est passé pendant les collisions—plus que ce qu’ils peuvent déduire en comptant simplement les jets.
Le nombre moyen de jets produits par les collisions proton-proton correspond directement à la force de la force forte dans l’environnement énergétique du LHC.,
« Si la force forte est plus forte que prévu, alors nous devrions voir une augmentation du nombre de collisions protons-protons qui génèrent trois jets. Mais si la force forte est en fait plus faible que prévu, alors nous nous attendrions à voir relativement plus de collisions qui produisent seulement deux jets. Le rapport entre ces deux résultats possibles est la clé pour comprendre la force forte. »
Après avoir allumé le LHC, les scientifiques ont doublé leur portée énergétique et ont maintenant déterminé la force de la force forte jusqu’à 1.,5 billions d’électronvolts, soit à peu près l’énergie moyenne de chaque particule de l’univers juste après le Big Bang. Wobisch et son équipe espèrent doubler à nouveau ce nombre avec plus de données.
« jusqu’à présent, toutes nos mesures confirment nos prévisions,” Wobisch dit. « Plus de données nous aideront à regarder la force forte à des énergies encore plus élevées, nous donnant un aperçu de la façon dont les premières particules se sont formées et de la structure microscopique de l’espace-temps.”