Des expériences au CERN et au Laboratoire des accélérateurs de Jyväskylä, en Finlande, ont révélé que le rayon d'un noyau exotique d'aluminium, 26 m Al, est beaucoup plus grand qu’on ne le pensait auparavant. Le résultat, décrit dans un article qui vient d'être publié dans Physical Review Letters , met en lumière les effets de la force faible sur les quarks, les particules élémentaires qui composent les protons, les neutrons et autres particules composites.
Parmi les quatre forces fondamentales connues de la nature – la force électromagnétique, la force forte, la force faible et la gravité – la force faible peut, avec une certaine probabilité, modifier la « saveur » d'un quark. Le modèle standard de la physique des particules, qui décrit toutes les particules et leurs interactions les unes avec les autres, ne prédit pas la valeur de cette probabilité, mais, pour une saveur de quark donnée, il prédit que la somme de toutes les probabilités possibles sera exactement 1. Par conséquent, la somme de probabilités offre un moyen de tester le modèle standard et de rechercher une nouvelle physique :si la somme de probabilités s'avère différente de 1, cela impliquerait une nouvelle physique au-delà du modèle standard.
Il est intéressant de noter que la somme des probabilités impliquant le quark up est actuellement en tension apparente avec l'unité attendue, bien que la force de la tension dépende des calculs théoriques sous-jacents. Cette somme inclut les probabilités respectives que le quark down, le quark étrange et le quark bottom se transforment en quark up.
La première de ces probabilités se manifeste dans la désintégration bêta d’un noyau atomique, dans laquelle un neutron (constitué d’un quark up et de deux quarks down) se transforme en proton (composé de deux quarks up et d’un quark down) ou vice versa. Cependant, en raison de la structure complexe des noyaux atomiques qui subissent des désintégrations bêta, une détermination exacte de cette probabilité n'est généralement pas réalisable.
Les chercheurs se tournent donc vers un sous-ensemble de désintégrations bêta moins sensibles aux effets de la structure nucléaire pour déterminer la probabilité. Parmi les nombreuses quantités nécessaires pour caractériser de telles désintégrations bêta « superautorisées », il y a le rayon (de charge) du noyau en désintégration.
C'est là que le nouveau résultat pour le rayon des 26m Le noyau Al, qui subit une désintégration bêta superautorisée, entre en jeu. Le résultat a été obtenu en mesurant la réponse du 26m Noyau Al à la lumière laser dans des expériences menées à l'installation ISOLDE du CERN et à l'installation IGISOL du Laboratoire des accélérateurs. Le nouveau rayon, une moyenne pondérée des jeux de données ISOLDE et IGISOL, est beaucoup plus grand que prévu, et le résultat est un affaiblissement de la tension apparente actuelle dans la somme des probabilités impliquant le quark up.
"Les rayons de charge d'autres noyaux qui subissent des désintégrations bêta superautorisées ont déjà été mesurés à ISOLDE et dans d'autres installations, et des efforts sont en cours pour déterminer le rayon de 54 . Co chez IGISOL", explique Peter Plattner, physicien d'ISOLDE et auteur principal de l'article. "Mais 26 millions Al est un cas assez unique car, bien qu'il s'agisse du noyau étudié le plus précisément, son rayon est resté inconnu jusqu'à présent et il s'avère qu'il est beaucoup plus grand que ce que supposait le calcul de la probabilité du quark down. se transformant en quark up."
"Les recherches de nouvelles physiques au-delà du modèle standard, y compris celles basées sur les probabilités de changement de saveur des quarks, sont souvent un jeu de haute précision", explique Andreas Juttner, théoricien du CERN. "Ce résultat souligne l'importance d'examiner de toutes les manières possibles tous les résultats expérimentaux et théoriques pertinents."
Les expériences passées et présentes en physique des particules dans le monde entier, y compris l'expérience LHCb au Grand collisionneur de hadrons, ont contribué et continuent de contribuer de manière significative à notre connaissance des effets de la force faible sur les quarks grâce à la détermination de diverses probabilités d'une saveur de quark. changement. Cependant, les expériences de physique nucléaire sur les désintégrations bêta superautorisées offrent actuellement le meilleur moyen de déterminer la probabilité que le quark down se transforme en quark up, et cela pourrait bien rester le cas dans un avenir prévisible.
Plus d'informations : P. Plattner et al, Rayon de charge nucléaire de Al26m et son implication pour Vud dans la matrice de mélange de quarks, Physical Review Letters (2023). DOI : 10.1103/PhysRevLett.131.222502
Informations sur le journal : Lettres d'examen physique
Fourni par le CERN
