Crédit :CERN
Lors de la conférence Quark Matter aujourd'hui et lors de la récente conférence Rencontres de Moriond, la collaboration LHCb a présenté une analyse des collisions de particules au Large Hadron Collider (LHC) qui pourrait aider à déterminer si l'antimatière vue par les expériences dans l'espace provient ou non de l'obscurité. matière qui maintient ensemble des galaxies telles que la Voie lactée.
Des expériences spatiales telles que le spectromètre magnétique alpha (AMS), qui a été assemblé au CERN et installé sur la Station spatiale internationale, ont détecté la fraction d'antiprotons, les homologues antimatière des protons, dans des particules de haute énergie appelées rayons cosmiques. Ces antiprotons pourraient être créés lorsque des particules de matière noire entrent en collision, mais ils pourraient également se former dans d'autres cas, comme lorsque des protons entrent en collision avec des noyaux atomiques dans le milieu interstellaire, qui est principalement composé d'hydrogène et d'hélium.
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Pour savoir si l'un de ces antiprotons provient ou non de la matière noire, les physiciens doivent donc estimer la fréquence de production d'antiprotons lors de collisions entre protons et l'hydrogène ainsi qu'entre les protons et l'hélium. Bien que certaines mesures de la première aient été effectuées et que LHCb ait signalé en 2017 la toute première mesure de la seconde, cette mesure de LHCb n'impliquait qu'une production rapide d'antiprotons, c'est-à-dire des antiprotons produits juste à l'endroit où les collisions ont eu lieu.
Dans leur nouvelle étude, l'équipe LHCb a également recherché des antiprotons produits à une certaine distance du point de collision, par la transformation, ou « désintégration », de particules appelées antihyperons en antiprotons. Pour effectuer cette nouvelle mesure et la précédente, les chercheurs de LHCb, qui utilisent généralement les données des collisions proton-proton pour leurs investigations, ont utilisé à la place les données des collisions proton-hélium obtenues en injectant de l'hélium gazeux au point où les deux faisceaux de protons du LHC normalement entrer en collision.
Un événement de collision proton-proton enregistré par le détecteur LHCb, montrant la trajectoire suivie par un antiproton formé lors de la collision. Crédit :CERN
En analysant un échantillon de quelque 34 millions de collisions proton-hélium et en mesurant le rapport entre le taux de production d'antiprotons provenant des désintégrations d'antihyperons et celui d'antiprotons instantanés, les chercheurs de LHCb ont découvert qu'à l'échelle d'énergie de collision de leur mesure, les antiprotons produits via les désintégrations d'antihyperons contribuent beaucoup plus au taux de production total d'antiprotons que la quantité prédite par la plupart des modèles de production d'antiprotons dans les collisions proton-noyau.
"Ce résultat complète notre précédente mesure de la production rapide d'antiprotons, et il améliorera les prédictions des modèles", déclare Chris Parkes, porte-parole de LHCb. "Cette amélioration pourrait à son tour aider les expériences spatiales à trouver des preuves de la présence de matière noire."
« Notre technique d'injection de gaz au point de collision de LHCb a été conçue à l'origine pour mesurer la taille des faisceaux de protons », explique Niels Tuning, coordinateur physique de LHCb. "C'est vraiment agréable de voir à nouveau que cela améliore également notre connaissance de la fréquence à laquelle l'antimatière devrait être créée dans les collisions cosmiques entre les protons et les noyaux atomiques." Collisions cosmiques à l'expérience LHCb
