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Des « particules X » détectées pour la première fois à l’intérieur du LHC

Crédits ; geralt/Pixabay

Des physiciens du LHC ont récemment détecté une centaine de « particules X » primordiales formées durant les premiers instants du Big Bang. Ces travaux, qui pourraient mener à une meilleure compréhension de l’univers, sont publiés dans la revue Physical Review Letters.

Les accélérateurs de particules les font entrer en collision à des vitesses folles. Le plus grand d’entre eux est le Large Hadron Collider (LHC), situé près de Genève. Le but de ces expériences est de recréer certaines caractéristiques du Big Bang et d’observer le comportement de la matière.

Au cours de ces dernières années, ces collisions ont permis la découverte de plusieurs particules théorisées. Plus récemment, des physiciens ont pu détecter une centaine de « particules X » à courte durée de vie, ainsi nommées en raison de leurs structures inconnues, noyées parmi des milliards de particules élémentaires.

Selon les chercheurs, ces particules existaient probablement quelques millionièmes de seconde seulement après le Big Bang, à l’époque où l’Univers n’était encore qu’une soupe de plasma surchauffée grouillant de quarks et de gluons. Ces particules élémentaires se seraient ensuite refroidies et combinées en protons et neutrons plus stables que nous connaissons aujourd’hui. Juste avant ce refroidissement rapide, une infime partie des gluons et des quarks seraient alors entrés en collision, s’agglutinant pour former des « particules X » à très courte durée de vie.

LHC univers particules x
Le LHC, le plus grand accélérateur de particules du monde situé sous la frontière franco-suisse. Crédits : Wikimedia Commons/CERN

Une aiguille dans une meule de foin primordiale

Pour obtenir ces résultats, les chercheurs du LHC ont envoyé des atomes de plomb chargés positivement les uns sur les autres à des vitesses proches de celle de la lumière, les brisant pour produire des milliers de particules supplémentaires noyées dans un plasma ressemblant à la soupe primordiale chaotique du très jeune univers.

Les chercheurs ont ensuite passé au crible les données de treize milliards de collisions frontales d’ions pour trouver les fameuses « particules X ». Ce n’était pas une mince affaire dans la mesure où les physiciens ignoraient tout de leur structure. Toutefois, ils savaient que ces particules devaient avoir un schéma de désintégration très distinct, se détachant sur une plage d’angles très différente de celle produite par d’autres particules.

Ces connaissances ont permis de produire un algorithme capable d’identifier les signes révélateurs ayant ensuite permis la détection d’une centaine d’entre elles. La signature de la « particule X » étant identifiée, les chercheurs peuvent désormais déterminer sa structure interne. A priori, elle devrait contenir quatre quarks, mais sont-ils étroitement liés les uns aux autres, ce qui en ferait une particule exotique appelée tétraquark ? Ou bien sont-ils arrangés en paires (mésons) ? En étudiant plus en détail ces particules primordiales, les physiciens espèrent ainsi construire l’image la plus précise à ce jour des origines de l’Univers.