La collaboration ALICE a observé pour la première fois l’interaction forte résiduelle entre les protons et les mésons phi.
Une représentation artistique de l’interaction entre un proton (avec deux quarks up et un down) et un méson (avec des quarks étranges à anti-éloignement) lorsqu’ils émergent avec une interdistance de l’ordre d’un femtomètre d’une collision proton-proton au LHC . (Image : collaboration ALICE)
Dans un article récemment publié dans Lettres d’examen physique, la collaboration ALICE a utilisé une méthode appelée femtoscopie pour étudier l’interaction résiduelle entre les particules à deux et trois quarks. Grâce à cette mesure, une interaction entre le méson (phi) (quarks étrange-antistrange) et un proton (deux quarks up et un down) a été dévoilée pour la première fois.
Le méson ɸ n’étant pas chargé électriquement, une interaction entre le proton et le ne peut être d’origine électromagnétique et ne peut être attribuée qu’à l’interaction forte résiduelle. L’interaction forte est ce qui maintient ensemble les quarks à l’intérieur des hadrons (comme le proton et le méson ɸ), tandis que l’interaction forte résiduelle est la force qui agit entre les hadrons. C’est l’interaction qui maintient les protons et les neutrons ensemble sous la forme de noyaux atomiques.
Mais contrairement à l’interaction forte résiduelle entre protons et neutrons, qui peut être étudiée dans des états liés stables comme les noyaux, l’interaction entre hadrons instables produits lors de collisions de particules est très difficile à observer. Cela s’est avéré possible dans le LHC en utilisant une approche appelée femtoscopie. Les hadrons dans les collisions du LHC sont produits très près les uns des autres, à des distances d’environ 10-15 m (femtomètre, d’où le nom femtoscopie). Cette échelle correspond à la portée de la force résiduelle forte, leur donnant une brève chance d’interagir avant de s’envoler. En conséquence, les paires de hadrons qui subissent une interaction attractive se rapprocheront légèrement l’une de l’autre, tandis que pour une interaction répulsive, c’est le contraire qui se produit. Les deux effets peuvent être clairement observés grâce à une analyse détaillée des vitesses relatives mesurées des particules.
La connaissance de l’interaction p-ɸ (proton-méson ɸ) présente un double intérêt en physique nucléaire. Premièrement, cette interaction est un point d’ancrage pour les recherches de restauration partielle de la symétrie chirale. La symétrie gauche et droite (chirale) qui caractérise l’interaction forte se trouve brisée dans la nature et cet effet est responsable de la masse beaucoup plus importante des hadrons, comme le proton et le neutron, par rapport aux masses des quarks. qui les constituent. Par conséquent, la symétrie chirale est liée à l’origine de la masse elle-même ! Une manière possible de rechercher la restauration de la symétrie chirale et de faire la lumière sur le mécanisme qui génère la masse est d’étudier les modifications des propriétés des mésons ɸ au sein de la matière nucléaire dense formée lors des collisions au LHC. Cependant, à cette fin, il est essentiel que l’interaction simple à deux corps p-ɸ dans le vide soit comprise en premier.
Le deuxième point d’intérêt est que, en raison de son contenu en quarks étranges-antistranges, le méson est considéré comme un véhicule possible de l’interaction entre les baryons (hadrons constitués de trois quarks) qui contiennent un ou plusieurs quarks étranges, appelés hypérons (Y ). Selon la force de cette interaction, les hypérons peuvent former le noyau des étoiles à neutrons, parmi les objets astrophysiques les plus denses et les moins compris. La mesure directe de la force d’interaction Y-ɸ, bien que réalisable, n’a pas encore été réalisée, mais déjà aujourd’hui, cette quantité peut être liée aux découvertes de p-ɸ via des symétries fondamentales. Par conséquent, la mesure de l’interaction p-ɸ donne un accès indirect à l’interaction YY dans les étoiles à neutrons.
La force d’interaction modérée mesurée par ALICE fournit une référence quantitative pour d’autres études des propriétés ɸ dans le milieu nucléaire et se traduit également par une interaction négligeable entre les hypérons dans les étoiles à neutrons. Des mesures plus précises suivront lors des prochains LHC Run 3 et Run 4, permettant d’améliorer considérablement la précision des paramètres extraits et également d’identifier directement l’interaction Y-ɸ.
La source: CERN
