La recherche se rétrécit pour une forme mystérieuse de matière prédite à partir de la théorie d'Einstein de la relativité restreinte. Après plus d'une décennie de recherche, les scientifiques du plus grand collisionneur de particules du monde croient qu'ils sont sur le point de le trouver.
Mais les chercheurs ne cherchent pas dans les entrailles éclatées des particules brisées ensemble à une vitesse proche de la lumière.
Au lieu de cela, les physiciens du Grand collisionneur de hadrons (LHC), un anneau de 27 kilomètres enfoui sous terre près de la frontière entre la France et la Suisse, recherchent la matière manquante, appelée condensat de verre coloré, en étudiant ce qui se passe lorsque des particules ne pas entrer en collision, mais au lieu de cela, zoomez les uns sur les autres dans les quasi-accidents.
Dans le modèle standard de la physique, la théorie qui décrit le zoo des particules subatomiques, 98% de la matière visible dans l'univers est maintenue par des particules fondamentales appelées gluons. Ces particules bien nommées sont responsables de la force qui colle les quarks pour former des protons et des neutrons. Lorsque les protons sont accélérés à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, un phénomène étrange se produit: la concentration de gluons à l'intérieur d'eux monte en flèche.
"Dans ces cas, les gluons se divisent en paires de gluons avec des énergies inférieures, et ces gluons se divisent par la suite, et ainsi de suite", a déclaré Daniel Tapia Takaki, professeur agrégé de physique et d'astronomie à l'Université du Kansas, dans un communiqué. «À un moment donné, la division des gluons à l'intérieur du proton atteint une limite à laquelle la multiplication des gluons cesse d'augmenter. protons énergétiques et aussi dans les noyaux lourds. "
Selon le Brookhaven National Laboratory, le condensat pourrait expliquer de nombreux mystères non résolus de la physique, comme la façon dont les particules se forment lors des collisions à haute énergie, ou la façon dont la matière est distribuée à l'intérieur des particules. Cependant, la confirmation de son existence a échappé aux scientifiques pendant des décennies. Mais en 2000, les physiciens du collisionneur d'ions lourds relativistes de Brookhaven ont trouvé les premiers signes que le condensat de verre de couleur pouvait exister.
Lorsque le laboratoire a brisé des atomes d'or dépouillés de leurs électrons, ils ont trouvé un signal étrange dans les particules sortant des collisions, laissant entendre que les protons des atomes étaient remplis de gluons et commençaient à former le condensat de verre coloré. D'autres expériences de collision d'ions lourds au LHC ont donné des résultats similaires. Cependant, la collision de protons à des vitesses relativistes ne peut donner qu'un aperçu fugace des entrailles des protons avant que les particules subatomiques n'explosent violemment. Sonder l'intérieur des protons prend une approche plus douce.
Lorsque des particules chargées, telles que des protons, sont accélérées à des vitesses élevées, elles créent de puissants champs électromagnétiques et libèrent de l'énergie sous forme de photons ou de particules de lumière. (Grâce à la double nature de la lumière, c'est aussi une onde.) Ces fuites d'énergie ont été rejetées comme un effet secondaire indésirable des accélérateurs de particules, mais les physiciens ont appris de nouvelles façons d'utiliser ces photons à haute énergie à leur avantage.
Si les protons se retrouvent en train de siffler dans l'accélérateur, la tempête de photons qu'ils libèrent peut provoquer des collisions proton sur photon. Ces soi-disant collisions ultra-périphériques sont la clé pour comprendre le fonctionnement interne des protons de haute énergie.
"Lorsqu'une onde lumineuse à haute énergie frappe un proton, elle produit des particules - toutes sortes de particules - sans casser le proton", a déclaré Tapia Takaki, dans un communiqué. "Ces particules sont enregistrées par notre détecteur et nous permettent de reconstruire une image de haute qualité sans précédent de ce qu'il y a à l'intérieur."
Tapia Takaki et une collaboration internationale de scientifiques utilisent maintenant cette méthode pour traquer le condensat de verre de couleur insaisissable. Les chercheurs ont publié les premiers résultats de leur étude dans le numéro d'août de l'European Physical Journal C. Pour la première fois, l'équipe a pu mesurer indirectement la densité des gluons à quatre niveaux d'énergie différents. Au plus haut niveau, ils ont trouvé des preuves qu'un condensat de verre coloré commençait tout juste à se former.
Les résultats expérimentaux "… sont très excitants, donnant de nouvelles informations sur la dynamique des gluons dans le proton, mais il y a beaucoup de questions théoriques qui n'ont pas trouvé de réponse", Victor Goncalves, professeur de physique à l'Université fédérale de Pelotas au Brésil et co-auteur de l'étude, a déclaré dans le communiqué.
Pour l'instant, l'existence de condensats de verre coloré reste un mystère insaisissable.
