Le LHC détecte la plus lourde particule d’antimatière jamais observée
Le LHC (Grand collisionneur de hadrons), la plus grande expérience scientifique au monde, vient de faire une découverte majeure en détectant des indices de la particule d’antimatière la plus lourde jamais trouvée. Cette découverte permet aux scientifiques d’obtenir un aperçu des conditions qui existaient lorsque l’univers avait moins d’une seconde. La particule d’antimatière est le partenaire d’une particule de matière massive appelée hyperhélium-4, et sa découverte pourrait aider les scientifiques à comprendre pourquoi la matière ordinaire a fini par dominer l’univers, malgré le fait que la matière et l’antimatière aient été créées en quantité égale au début du temps. Cet déséquilibre est connu sous le nom d’asymétrie matière-antimatière.
La découverte de l’antimatière
Les particules de matière et les particules d’antimatière s’annihilent au contact, libérant leur énergie dans le cosmos. Cela signifie que si un déséquilibre entre les deux n’était pas survenu tôt dans l’univers, alors le cosmos aurait pu être un endroit beaucoup plus vide et moins intéressant en effet. Le LHC n’en est pas à sa première découverte révolutionnaire sur l’univers primordial. Fonctionnant dans une boucle de 17 miles (27 kilomètres) de long sous les Alpes près de Genève, en Suisse, le LHC est surtout connu pour sa découverte du boson de Higgs, la particule messagère du champ de Higgs responsable de donner leur masse aux autres particules au début du temps.
Les collisions qui se produisent au LHC génèrent un état de matière appelé plasma de quarks et de gluons. Cette mer dense de plasma est la même que celle de la soupe primordiale de matière qui a rempli l’univers environ un millionième de seconde après le Big Bang. Des hypernoyaux exotiques et leurs homologues d’antimatière émergent de ce plasma de quarks et de gluons, permettant aux scientifiques d’entrevoir les conditions de l’univers primitif.
Les hypernoyaux contiennent des protons et des neutrons comme les noyaux atomiques ordinaires, ainsi que des particules instables appelées hyperons. Comme les protons et les neutrons, les hyperons sont composés de particules fondamentales appelées quarks. Contrairement aux protons et aux neutrons, les hyperons contiennent un ou plusieurs quarks étranges.
Les découvertes de l’ALICE
Les hypernoyaux ont été découverts pour la première fois dans les rayons cosmiques, des gerbes de particules chargées qui tombent sur Terre depuis l’espace profond il y a environ sept décennies. Cependant, ils sont rarement trouvés dans la nature et sont difficiles à créer et à étudier en laboratoire. Cela en fait en quelque sorte un mystère.
La découverte des premières preuves de l’hypernoyau qui est le contrepartie d’antimatière de l’hyperhélium-4 a été faite au détecteur ALICE du LHC.
Alors que la plupart des neuf expériences menées au LHC, chacune avec son propre détecteur, obtiennent leurs résultats en heurtant des protons presque à la vitesse de la lumière, la collaboration ALICE crée du plasma de quarks et de gluons en heurtant des particules beaucoup plus lourdes, généralement des noyaux de plomb, ou des ions.
La collision d’ions de fer est idéale pour générer des quantités significatives d’hypernoyaux. Cependant, jusqu’à récemment, les scientifiques réalisant des collisions d’ions lourds n’avaient réussi à observer que l’hypernoyau le plus léger, l’hypertriton, ainsi que son homologue d’antimatière, l’antihypertriton.
Ce n’est que plus tôt en 2024 que les scientifiques ont utilisé le RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) à New York pour détecter l’antihyperhydrogène-4, qui est composé d’un antiproton, de deux antineutrons et d’une particule appelée antilambda contenant un quark.
Maintenant, l’ALICE a suivi cela en détectant une particule d’antihypernoyau plus lourde, l’antihyperhélium-4, composée de deux antiprotons, un antineutron et un antilambda.
Une signature révélée
La collision entre plomb et la détection de l’antimatière de l’antihypernoyau la plus lourde à ce jour au LHC remontent en réalité à 2018. La signature de l’antihyperhélium-4 a été révélée par sa désintégration en d’autres particules et la détection de ces particules.
Les scientifiques de l’ALICE ont extrait la signature de l’antihyperhélium-4 des données en utilisant une technique d’apprentissage automatique qui peut surpasser les techniques de recherche habituelles de la collaboration.
En plus de repérer des preuves d’antihyperhélium-4 et d’antihyperhydrogène-4, l’équipe de l’ALICE a également pu déterminer leurs masses, qui étaient en accord avec les théories actuelles de la physique des particules.
Les scientifiques ont également pu déterminer les quantités de ces particules produites lors des collisions plomb-plomb.
Ils ont constaté que ces chiffres étaient cohérents avec les données de l’ALICE, ce qui indique que l’antimatière et la matière sont produites en quantités égales à partir du plasma de quarks et de gluons produit par les niveaux d’énergie que le LHC est capable d’atteindre.
La raison du déséquilibre entre la matière et l’antimatière dans l’univers reste inconnue, mais l’antihyperhélium-4 et l’antihyperhydrogène-4 pourraient fournir des indices importants dans ce mystère.
