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    Les chercheurs en physique innovent, explorer des régions énergétiques inconnues

    L'étudiant diplômé de l'État de Floride, Jason Barlow, travaille sur une partie du détecteur GlueX du Jefferson National Laboratory. Les scientifiques de la FSU ont peint une partie du détecteur GlueX qu'ils ont construit en grenat et en or. Crédit :Université d'État de Floride

    Les physiciens de la Florida State University utilisent des collisions photon-proton pour capturer des particules dans une région énergétique inexplorée, donnant de nouvelles perspectives sur la matière qui lie les parties du noyau ensemble.

    "Nous voulons comprendre non seulement le noyau, mais tout ce qui constitue le noyau, " a déclaré le professeur de physique de la FSU Paul Eugenio. "Nous travaillons pour comprendre les particules et les forces qui composent notre monde."

    Le groupe de physique hadronique de la FSU est l'un des principaux membres de la collaboration GlueX au Thomas Jefferson National Accelerator Facility du département américain de l'Énergie. Le groupe a mené des expériences très sophistiquées 24 heures sur 24 pendant des mois sur plusieurs années à partir de 2016. Leur objectif principal est de découvrir de nouvelles informations sur le matériau - appelé champ gluonique - qui relie les quarks. Les quarks sont des particules fondamentales qui créent des protons et des neutrons.

    Dans un nouvel article publié dans Lettres d'examen physique , le groupe de physique hadronique de la Florida State University et leurs collaborateurs ont présenté les toutes premières mesures d'une particule subatomique, appelée particule J/psi, créée à partir de l'énergie des collisions photon-proton.

    "C'est vraiment cool de voir, ", a déclaré le professeur adjoint de physique Sean Dobbs. "Cela ouvre une nouvelle frontière de la physique."

    Lorsque les chercheurs mènent ces expériences, ils projettent un faisceau de photons dans le spectromètre GlueX où il traverse une cartouche d'hydrogène liquide et réagit avec les protons dans le noyau de ces atomes d'hydrogène. De là, les détecteurs mesurent les particules créées dans ces collisions, qui permet aux physiciens de reconstituer les détails de la collision et d'en savoir plus sur les particules créées.

    Dobbs l'a comparé à un accident de voiture. Vous pourriez ne pas voir l'épave se produire, mais vous voyez le résultat et pouvez travailler en arrière. Dans ce cas, les chercheurs ont collecté environ un à deux millions de gigaoctets de données par an grâce à ce processus pour tenter de reconstituer le puzzle.

    La particule J/psi est composée d'une paire de quarks :un quark charme et un quark anti-charme. En mesurant la particule J/psi dans ces collisions, les scientifiques peuvent également rechercher la production d'autres particules subatomiques contenant des quarks charmés.

    Les mesures ont été prises à un seuil énergétique inférieur à celui où les études précédentes portaient sur les niveaux de production, ce qui signifie qu'il était plus sensible à la distribution des gluons dans le proton et à leurs contributions à la masse du proton.

    Les scientifiques ont trouvé une production beaucoup plus importante de particules J/psi que prévu, ce qui signifie que cette structure gluonique est un grand contributeur à la masse de la structure du proton, et donc le noyau dans son ensemble. Ces premières mesures suggèrent que les gluons contribuent directement à plus de 80 % de la masse du proton. D'autres mesures de ces réactions actuellement en cours permettront de mieux comprendre comment les gluons sont répartis autour du nucléon.

    Ces mesures ont également remis en cause les observations d'expériences sur le Large Hadron Collider, un détecteur de particules au CERN, l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire. Les scientifiques y ont brièvement aperçu ce qu'ils appellent des pentaquarks, des particules à courte durée de vie composées de cinq quarks.

    Les physiciens de la FSU n'ont pas spécifiquement vu de pentaquarks dans leurs données, ce qui a écarté plusieurs modèles qui tentent de décrire la structure de ces pentaquarks. D'autres mesures en cours devraient donner une réponse plus définitive sur la façon dont les cinq quarks sont disposés dans ces particules.

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