La collaboration internationale ALICE au Large Hadron Collider (LHC) vient de publier les mesures les plus précises à ce jour de deux propriétés d'un hypernoyau pouvant exister dans le cœur des étoiles à neutrons.

Les noyaux atomiques et leurs homologues d'antimatière, connus sous le nom d'antinoyaux, sont fréquemment produits au LHC lors de collisions à haute énergie entre des ions lourds ou des protons. De manière moins fréquente mais toujours régulière, des noyaux instables appelés hypernoyaux se forment également. Contrairement aux noyaux normaux, qui ne comprennent que des protons et des neutrons (c'est-à-dire des nucléons), les hypernoyaux sont également constitués d'hypérons, des particules instables contenant des quarks de type étrange.

Près de 70 ans après leur première observation dans les rayons cosmiques, les hypernoyaux continuent de fasciner les physiciens car ils sont rarement produits dans le monde naturel et, bien qu'ils soient traditionnellement fabriqués et étudiés dans des expériences de physique nucléaire à basse énergie, il est extrêmement difficile de mesurer leur propriétés.

Au LHC, des hypernoyaux sont créés en quantités significatives lors de collisions d'ions lourds, mais le seul hypernoyau observé jusqu'à présent au collisionneur est l'hypernoyau le plus léger, l'hypertriton, qui est composé d'un proton, d'un neutron et d'un Lambda, un hyperon contenant un quark étrange.

Dans leur nouvelle étude, l'équipe d'ALICE a examiné un échantillon d'environ un millier d'hypertritons produits lors de collisions plomb-plomb qui se sont produites dans le LHC lors de sa deuxième exécution. Une fois formés dans ces collisions, les hypertritons volent sur quelques centimètres à l'intérieur de l'expérience ALICE avant de se désintégrer en deux particules, un noyau d'hélium-3 et un pion chargé, que les détecteurs ALICE peuvent capter et identifier. L'équipe d'ALICE a étudié ces particules filles et les traces qu'elles laissent dans les détecteurs.

En analysant cet échantillon d'hypertritons, l'un des plus importants disponibles pour ces noyaux "étranges", les chercheurs d'ALICE ont pu obtenir les mesures les plus précises à ce jour de deux des propriétés de l'hypertriton :sa durée de vie (combien de temps il faut pour se désintégrer) et la énergie nécessaire pour séparer son hypéron, le Lambda, des constituants restants.

Ces deux propriétés sont fondamentales pour comprendre la structure interne de cet hypernoyau et, par conséquent, la nature de la force forte qui lie les nucléons et les hypérons entre eux. L'étude de cette force n'est pas seulement intéressante en elle-même, elle peut également offrir un aperçu précieux des interactions de particules qui peuvent avoir lieu dans les noyaux internes des étoiles à neutrons. Ces noyaux, qui sont très denses, devraient favoriser la création d'hypérons plutôt que de matière purement nucléonique.

Les nouvelles mesures d'ALICE indiquent que l'interaction entre l'hypéron de l'hypertriton et ses deux nucléons est extrêmement faible :l'énergie de séparation Lambda n'est que de quelques dizaines de kiloélectronvolts, similaire à l'énergie des rayons X utilisés en imagerie médicale, et la durée de vie de l'hypertriton est compatible avec celle de la Lambda gratuite.

De plus, étant donné que la matière et l'antimatière sont produites en quantités presque égales au LHC, la collaboration ALICE a également pu étudier les antihypertritons et déterminer leur durée de vie. L'équipe a découvert que, dans l'incertitude expérimentale des mesures, l'antihypertriton et l'hypertriton ont la même durée de vie. Trouver même une légère différence entre les deux durées de vie pourrait signaler la rupture d'une symétrie fondamentale de la nature, la symétrie CPT.

Avec les données de la troisième période d'exploitation du LHC, qui a commencé sérieusement en juillet, ALICE va non seulement approfondir ses recherches sur les propriétés de l'hypetriton, mais va également étendre ses études pour inclure des hypernoyaux plus lourds. + Explorer plus loin

Le noyau léger devrait être stable malgré la présence de deux quarks étranges