Des physiciens du CERN étudient les interactions fortes entre les hyperons oméga et les protons
Les physiciens de la collaboration ALICE (Large Ion Collider) au Large Hadron Collider (LHC) au CERN ont développé une nouvelle technique qui ouvre la porte à des études de haute précision sur la dynamique des interactions fortes entre hadrons instables.
Les hadrons sont des particules composées constituées de deux ou trois quarks liés entre eux par de fortes interactions produites par les gluons.
Cette interaction agit également entre les hadrons, liant les nucléons (protons et neutrons) ensemble à l'intérieur des noyaux atomiques.
L'un des plus grands défis de la physique nucléaire aujourd'hui est de comprendre les interactions fortes entre les hadrons avec différentes abondances de quarks à partir des premiers principes, c'est-à-dire à commencer par la forte interaction entre les quarks qui composent les hadrons et les gluons.
Les calculs connus sous le nom de chromodynamique quantique sur réseau (QCD) peuvent être utilisés pour déterminer les interactions à partir des premiers principes, mais ces calculs fournissent des prédictions fiables uniquement pour les hadrons contenant des quarks lourds, tels que les hyperons, qui ont un ou plusieurs quarks étranges.
Dans le passé, ces interactions ont été étudiées en heurtant des hadrons les uns avec les autres dans des expériences de diffusion, mais ces expériences sont difficiles à réaliser avec des hadrons instables tels que les hyperons.
Jusqu'à présent, cette difficulté n'a pas permis une comparaison significative des mesures et de la théorie des interactions hadrons-hadrons avec la participation d'hypérons.
Les physiciens de la collaboration ALICE montrent comment une méthode basée sur la mesure de la différence d'impulsion entre les hadrons produits dans les collisions proton-proton au LHC peut être utilisée pour révéler la dynamique des interactions fortes entre les hyperons et les nucléons, potentiellement pour n'importe quelle paire de hadrons.
Cette méthode est appelée femtoscopie car elle vous permet d'explorer des échelles spatiales proches de 1 femtomètre (10-15m, un quadrillion de mètre), à peu près la taille d'un hadron et la plage spatiale d'une force forte.
Cette méthode permettait auparavant aux chercheurs d'ALICE d'étudier les interactions impliquant les hyperons Lambda (Λ) et Sigma (Σ), qui contiennent un quark étrange plus deux quarks légers, et un hypéron Xi (Ξ), qui se compose de deux quarks étranges plus un quark léger.
Dans une nouvelle étude, ils ont utilisé cette technique pour détecter avec une grande précision les interactions entre un proton et le plus rare des hyperons, l'hypéron oméga (Ω), qui contient trois quarks étranges.
La définition précise de l'interaction forte pour tous les types d'hypérons était inattendue, disent les scientifiques.
Cela peut être attribué à trois facteurs: le fait que le LHC peut produire des hadrons avec des quarks étranges en abondance, la capacité des techniques de femtoscopie à étudier la nature à courte portée des interactions fortes et les capacités supérieures du détecteur ALICE à identifier les particules et à mesurer leur impulsion.
Les données des prochains lancements du LHC devraient nous donner accès à n'importe quelle paire de hadrons.
Les résultats sont publiés dans la revue Nature.