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Les scientifiques découvrent les premières preuves d’une rare décomposition du boson de Higgs

Les scientifiques ont trouvé la première preuve d’un type rare de désintégration du boson de Higgs. (Crédit d’image: CERN)

Les scientifiques ont repéré la première preuve d’un rare le boson de Higgs décomposition, élargissant notre compréhension de l’étrange univers quantique.

En 2012, le Prix ​​Nobel de physique a été décerné à une découverte décisive: la détection du boson de Higgs, une particule subatomique prédite par le modèle standard de physique près de 50 ans auparavant. Le boson de Higgs ne vit pas très longtemps, se décomposant rapidement en particules moins massives comme deux photons (particules légères).

Maintenant, des chercheurs utilisant ATLAS et CMS au Grand collisionneur de hadrons du CERN en Suisse ont trouvé des preuves d’une désintégration rare du boson de Higgs dans laquelle la particule subatomique se désintègre en un photon et deux leptons, un type de particule élémentaire qui peut être chargée ou neutre. (Les électrons et les muons, un type similaire de particule subatomique, sont deux exemples de leptons chargés.) Plus précisément, ils ont trouvé des preuves que le boson de Higgs peut se désintégrer en un photon et une paire d’électrons, ou un photon et une paire de muons avec charge opposée.

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En utilisant le modèle standard, les scientifiques sont capables de prédire les différentes particules élémentaires dans lesquelles le boson de Higgs peut se désintégrer, avec une désintégration assez « commune » étant de deux photons. Ils peuvent également estimer la fréquence à laquelle le boson de Higgs se désintègre en différentes combinaisons de particules, et il est particulièrement rare que le boson de Higgs se désintègre en un photon et deux leptons.

Dans ce type de désintégration, après sa durée de vie extrêmement courte, le boson de Higgs se transforme rapidement en un photon et ce que les scientifiques appellent un «photon virtuel». Ce « photon virtuel », également connu sous le nom de « photon hors coque » se transforme alors immédiatement en quelque chose comme, dans ce cas, deux leptons. Ce « photon virtuel » a une très petite masse non nulle, tandis que les photons réguliers sont complètement sans masse, a déclaré James Beacham, physicien des particules de l’expérience ATLAS au LHC, à 45secondes.fr.

Dans une nouvelle étude, des chercheurs travaillant avec le grand collisionneur de hadrons ont trouvé la première preuve d’une rare désintégration du boson de Higgs. (Crédit d’image: CERN)

Les deux leptons « ont frappé notre calorimètre très près l’un de l’autre », a ajouté Beacham. Le calorimètre du LHC est un outil qui arrête les particules provenant d’une collision de particules. Les scientifiques peuvent repérer et étudier ces particules lorsqu’elles sont arrêtées ou «absorbées» par l’outil.

Alors que les scientifiques ont prédit que ce type de désintégration devrait exister avec le boson de Higgs, cette nouvelle détection est « le premier indice de preuve de ce mode de désintégration très rare du boson de Higgs », a déclaré Beacham.

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Cependant, a-t-il ajouté, l’équipe ne sera probablement pas en mesure d’observer directement la désintégration rare tant qu’elle n’aura pas modernisé les installations pour le prochain programme LHC à haute luminosité (qui suivra la troisième phase du LHC. Les données utilisées pour cette étude ont été collectées. pendant la phase 2, la deuxième période de fonctionnement du collisionneur qui a commencé en 2015 et s’est terminée en 2018. La phase 3 débutera en mars 2022.)

« Avec de vastes quantités de données attendues du Programme LHC haute luminosité, l’étude des rares désintégrations du boson de Higgs deviendra la nouvelle norme  » selon une déclaration d’ATLAS.

En étudiant de rares désintégrations comme celle-ci, les chercheurs peuvent explorer la possibilité d’une nouvelle physique qui s’étend au-delà du modèle standard. Le modèle standard explique beaucoup de choses sur notre univers physique, mais il n’inclut pas la gravité ou la matière noire, a déclaré Beacham. Matière noire, qui n’émet aucune lumière et ne peut pas être observé directement, représenterait environ 80% de toute la matière de l’univers connu, mais les scientifiques ne savent pas encore exactement ce que c’est.

«Nous recherchons toujours des extensions du modèle standard», a-t-il déclaré. « Nous devons trouver une fenêtre ou un portail de notre monde dans ce monde du secteur sombre et jouer de manière expérimentale. Et l’un d’entre eux pourrait être le boson de Higgs. » Beacham a expliqué que le «secteur sombre» englobe la physique qui va au-delà du modèle standard.

Maintenant, ne soyez pas trop excité. Ce document « ne nous donne pas encore de nouvelles informations sur le portail Higgs dans le » secteur sombre «  », a déclaré Beacham. Mais « cet article prouve que nous pouvons rechercher des choses très rares comme celle-ci, assez facilement », a-t-il déclaré, ce qui fait avancer la recherche dans l’ensemble.

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Ce travail a été présenté lors d’un séminaire public sur le LHC au CERN le 1er février et vous pouvez le voir sur le site Web du CERN. Le document publié par le CERN est une note CONF, qui est un résultat préliminaire d’ATLAS.

Envoyez un courriel à Chelsea Gohd à [email protected] ou suivez-la sur Twitter @chelsea_gohd. Suivez-nous sur Twitter @Spacedotcom et sur Facebook.

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