Une dualité nouvelle et surprenante a été découverte en physique théorique des particules. La dualité existe entre deux types de processus de diffusion qui peuvent se produire dans les collisions de protons réalisées dans le Large Hadron Collider au CERN en Suisse et en France. Le fait que cette connexion puisse, étonnamment, être établie indique qu'il y a quelque chose dans les détails complexes du modèle standard de la physique des particules qui n'est pas entièrement compris. Le modèle standard est le modèle du monde à l'échelle subatomique qui explique toutes les particules et leurs interactions, donc quand des surprises apparaissent, il y a lieu d'y prêter attention. L'article scientifique est maintenant publié dans Physical Review Letters .

Dualité en physique

Le concept de dualité apparaît dans différents domaines de la physique. La dualité la plus connue est probablement la dualité particule-onde en mécanique quantique. La célèbre expérience de la double fente montre que la lumière se comporte comme une onde, tandis qu'Albert Einstein a reçu son prix Nobel pour avoir montré que la lumière se comporte comme une particule.

Ce qui est étrange, c'est que la lumière est en fait les deux et aucune des deux à la fois. Il y a simplement deux façons de regarder cette entité, la lumière, et chacune est accompagnée d'une description mathématique. Les deux avec une idée intuitive complètement différente, mais décrivant toujours la même chose.

"Ce que nous avons maintenant trouvé est une dualité similaire", explique Matthias Wilhelm, professeur adjoint à l'Académie internationale Niels Bohr. "Nous avons calculé la prédiction pour un processus de diffusion et pour un autre processus de diffusion.

Nos calculs actuels sont moins tangibles expérimentalement que la célèbre expérience de la double fente, mais il existe une carte mathématique claire entre les deux, et cela montre qu'ils contiennent tous les deux la même information. Ils sont liés, en quelque sorte."

Théorie et expériences vont de pair

Le Grand collisionneur de hadrons entre en collision avec de nombreux protons. Dans ces protons, il y a beaucoup de particules plus petites, les particules subatomiques gluons et quarks.

Lors de la collision, deux gluons de protons différents peuvent interagir et de nouvelles particules sont créées, telles que la particule de Higgs, ce qui entraîne des motifs complexes dans les détecteurs.

Les chercheurs cartographient l'apparence de ces modèles, et le travail théorique effectué en relation avec les expériences vise à décrire précisément ce qui se passe en termes mathématiques, afin de créer une formulation globale, ainsi que de faire des prédictions qui peuvent être comparées aux résultats de les expériences.

"Nous avons calculé le processus de diffusion pour deux gluons interagissant pour produire quatre gluons, ainsi que le processus de diffusion pour deux gluons interagissant pour produire un gluon et une particule de Higgs, tous deux dans une version légèrement simplifiée du modèle standard. À notre grande surprise, nous a constaté que les résultats de ces deux calculs sont liés. Un cas classique de dualité. D'une certaine manière, la réponse à la probabilité qu'un processus de diffusion se produise porte en elle la réponse à la probabilité qu'un autre processus de diffusion se produise. La chose étrange à propos de cette dualité est que nous ne savons pas pourquoi cette relation entre les deux processus de diffusion différents existe. Nous mélangeons deux propriétés physiques très différentes des deux prédictions, et nous voyons la relation, mais c'est encore un peu un mystère dans lequel se trouve la connexion », déclare Matthias Wilhelm.

Le principe de dualité et son application

Selon la compréhension actuelle, les deux ne devraient pas être liés, mais avec la découverte de cette dualité surprenante, la seule façon appropriée d'y réagir est d'enquêter plus avant.

Les surprises signifient toujours qu'il y a quelque chose que nous savons maintenant que nous ne comprenons pas. Après la découverte de la particule de Higgs en 2012, aucune nouvelle particule sensationnelle n'a été découverte. La façon dont nous espérons détecter une nouvelle physique maintenant est de faire des prédictions très précises sur ce que nous attendons, puis de les comparer avec des mesures très précises sur ce que la nature nous montre, et de voir si nous pouvons y trouver des déviations.

Nous avons besoin de beaucoup de précision, à la fois expérimentalement et théoriquement. Mais avec plus de précision vient des calculs plus difficiles. "Donc, là où cela pourrait mener, c'est de travailler afin de voir si cette dualité peut être utilisée pour en tirer une sorte de" kilométrage ", car un calcul est plus simple que l'autre - mais il donne toujours la réponse au plus compliqué. calcul », explique Matthias Wilhelm.

"Donc, si nous pouvons nous contenter d'utiliser le calcul simple, nous pouvons utiliser la dualité pour répondre à la question qui nécessiterait autrement des calculs plus compliqués - Mais alors nous devons vraiment comprendre la dualité. Il est important de noter, cependant, que nous ne sommes pas Mais généralement, les questions qui découlent du comportement inattendu des choses sont beaucoup plus intéressantes qu'un résultat ordonné et attendu. + Explorer plus loin

Pour la première fois, des scientifiques calculent rigoureusement la diffusion à trois particules à partir de la théorie