Crédit d'image: Berkeley Lab
Dans un cas où l'intrigue s'épaissit au fur et à mesure que le mystère se déroule, le boson de Higgs vient de devenir plus lourd, même si la particule subatomique n'a pas encore été trouvée. Dans une lettre à la revue scientifique Nature, publiée dans le numéro du 10 juin 2004, une collaboration internationale de scientifiques travaillant à l'accélérateur Tevatron du Laboratoire national des accélérateurs de Fermi (Fermilab), rapporte les mesures les plus précises à ce jour pour la masse du sommet quark? une particule subatomique trouvée? et cela nécessite une révision à la hausse pour le boson de Higgs longtemps postulé mais encore non détecté.
«Étant donné que la masse du quark supérieur que nous rapportons est un peu plus élevée que celle précédemment mesurée, cela signifie que la valeur la plus probable de la masse de Higgs est également plus élevée», explique Ron Madaras, physicien au Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley) du département américain de l'Énergie. Lab), qui dirige la participation locale à l'expérience D-Zero au Tevatron. «La masse de Higgs la plus probable est désormais passée de 96 à 117 GeV / c2»? GeV / c2 est une unité de masse de physique des particules commune; la masse du proton mesure environ 1 GeV / c2? "Ce qui signifie qu'il est probablement au-delà de la sensibilité des expériences actuelles, mais très susceptible d'être trouvé dans les futures expériences au Grand collisionneur de hadrons en cours de construction au CERN."
Le boson de Higgs a été appelé le chaînon manquant dans le modèle standard des particules et des champs, la théorie qui est utilisée pour expliquer la physique fondamentale depuis les années 1970. Avant 1995, le quark supérieur manquait également, mais les équipes expérimentales travaillant sur les deux grands systèmes de détection du Tevatron, D-Zero et CDF, ont pu le découvrir indépendamment.
Les scientifiques pensent que le boson de Higgs, du nom du physicien écossais Peter Higgs, qui a théorisé pour la première fois son existence en 1964, est responsable de la masse des particules, la quantité de matière dans une particule. Selon la théorie, une particule acquiert de la masse par son interaction avec le champ de Higgs, qui est censé pénétrer tout l'espace et a été comparée à la mélasse qui adhère à toute particule qui la traverse. Le champ de Higgs serait porté par des bosons de Higgs, tout comme le champ électromagnétique est porté par des photons.
"Dans le modèle standard, la masse du boson de Higgs est corrélée avec la masse du quark supérieur", explique Madaras, "donc une mesure améliorée de la masse du quark supérieur donne plus d'informations sur la valeur possible de la masse du boson de Higgs."
Selon le modèle standard, au début de l'univers, il y avait six types différents de quarks. Les quarks supérieurs n'existent que pendant un instant avant de se désintégrer en un quark inférieur et un boson W, ce qui signifie que ceux créés à la naissance de l'univers ont disparu depuis longtemps. Cependant, au Tevatron du Fermilab, le collisionneur le plus puissant du monde, les collisions entre des milliards de protons et d'antiprotons produisent un quark top occasionnel. Malgré leurs brèves apparitions, ces quarks supérieurs peuvent être détectés et caractérisés par les expériences D-Zero et CDF.
En annonçant les résultats de D-Zero, le porte-parole de l'expérience John Womersley a déclaré: «Une technique d'analyse qui nous permet d'extraire plus d'informations de chaque événement de quark top qui s'est produit dans notre détecteur a donné une précision considérablement améliorée de plus ou moins 5,3 GeV / c2 dans la mesure de masse supérieure, par rapport aux mesures précédentes. La nouvelle mesure est comparable à la précision de toutes les mesures précédentes de masse du quark top réunies. Lorsque ce nouveau résultat est combiné avec toutes les autres mesures des expériences D-Zero et CDF, la nouvelle moyenne mondiale pour la masse supérieure devient 178,0 plus ou moins 4,3 GeV / c2. »
Le système de détection D-Zero se compose d'un réseau de détecteurs de poursuite central, d'un calorimètre hermétique pour mesurer l'énergie et d'un grand système de détection de muons à angle solide. Berkeley Lab a conçu et construit les deux calorimètres électromagnétiques d'extrémité et également le détecteur de sommet initial, le composant le plus interne du système de suivi. Les détecteurs de poursuite complètent les calorimètres en mesurant les trajectoires des particules. Ce n'est que lorsque les mesures de trajectoire et d'énergie sont combinées que les scientifiques peuvent identifier et caractériser les particules.
Bien que l'augmentation de la valeur centrale de la masse du quark supérieur semble diminuer la possibilité que le boson de Higgs puisse être découvert au Tevatron, cela ouvre une porte plus large pour de nouvelles découvertes en supersymétrie, également connue sous le nom de SUSY, une extension du modèle standard qui unit les particules de force et de matière grâce à l'existence de superpartenaires (parfois appelés «sparticules»). La supersymétrie cherche à combler les lacunes laissées par le modèle standard.
«Les limites ou limites de masse actuelles qui excluent les particules supersymétriques sont très sensibles à la masse du quark supérieur», explique Madaras. "Étant donné que la masse du quark top est maintenant plus élevée, ces limites ou limites ne sont pas aussi sévères, ce qui augmente les chances de voir des particules supersymétriques au Tevatron."
Des scientifiques de près de 40 universités américaines et de 40 institutions étrangères ont contribué à l'analyse des données rapportées dans la lettre à Nature par le groupe expérimental D-Zero. Berkeley Lab co-auteurs de la lettre en plus de Madaras étaient Mark Strovink, Al Clark, Tom Trippe et Daniel Whiteson.
Le directeur du Fermilab, Michael Witherell, a déclaré dans un communiqué que ces résultats ne mettaient pas fin à l'histoire des mesures de précision de la masse du quark top. «Les deux détecteurs de collisionneur, D-Zero et CDF, enregistrent de grandes quantités de données dans le Run II du Tevatron. La collaboration du CDF a récemment fait état de nouvelles mesures préliminaires de la masse supérieure sur la base des données de l'essai II. La précision de la moyenne mondiale s'améliorera encore lorsque leurs résultats seront définitifs. Au cours des prochaines années, les deux expériences permettront de mesurer de plus en plus précisément la masse du quark top. »
Le Fermilab, comme Berkeley Lab, est financé par le Bureau des sciences du Département de l'énergie. En réponse à la lettre Nature du groupe D-Zero, Raymond L. Orbach, directeur du Bureau des sciences, a déclaré: «Ces résultats importants montrent comment nos scientifiques appliquent de nouvelles techniques aux données existantes, produisant de nouvelles estimations de la masse de le boson de Higgs. Nous attendons avec impatience la prochaine série de résultats des vastes quantités de données qui sont générées aujourd'hui au Fermilab Tevatron.?
Berkeley Lab est un laboratoire national du Département américain de l'énergie situé à Berkeley, en Californie. Il mène des recherches scientifiques non classifiées et est géré par l'Université de Californie. Le Fermilab est un laboratoire national financé par l'Office of Science du Département américain de l'énergie, géré par Universities Research Association, Inc.
Source d'origine: communiqué de presse de Berkeley Lab
