La particule qui ne devrait pas exister (et pourtant…)
Tout ce qui nous entoure, du téléphone dans votre main au café que vous buvez, se tient grâce à un jeu de forces invisibles. Deux d’entre elles sont surtout actives : la force forte, qui colle les particules à l’intérieur des noyaux, et l’électromagnétisme, qui maintient les électrons autour de ces noyaux. Ensemble, elles forment une équipe parfaite.
Mais que se passe-t-il si l’on enlève l’électromagnétisme ? Est-il possible de créer quelque chose qui ne dépende que de la force forte ?
Une équipe japonaise vient de le faire. Et le résultat change un peu notre vision du monde.
À la recherche d’une particule parfaite
Le défi était simple : trouver une particule sans aucune charge électrique. Les protons et les électrons sont chargés. Ils interagissent tout le temps avec les champs électromagnétiques. Il fallait donc une particule neutre.
Les chercheurs ont choisi le méson éta prime. C’est une particule très lourde pour sa taille, et cela intrigue les physiciens depuis des décennies. Pourquoi est-elle si lourde alors que les calculs disent qu’elle devrait l’être moins ?
Un mystère vieux de cinquante ans
Dans les années 1970, le physicien Steven Weinberg a remarqué que les masses ne collaient pas. Selon la théorie, le méson éta prime devrait peser bien moins lourd. C’est comme si une balle de golf pesait autant qu’une boule de bowling.
La réponse semble venir d’un phénomène appelé « brisure de symétrie chirale ». En gros, certaines particules possèdent une orientation, comme la main gauche et la main droite. Quand cette symétrie se brise, elle crée de la masse. Beaucoup de masse. Et les physiciens pensent que ce mécanisme est responsable d’une grande part du poids du méson éta prime.
Ils ont aussi théorisé que, si le méson éta prime se trouvait à l’intérieur un noyau, sa masse devrait diminuer.
Un coup de billard atomique
Pour tester cette idée, l’équipe du RIKEN a envoyé un faisceau de protons sur des atomes de carbone-12, presque à la vitesse de la lumière.
Un proton a frappé un neutron, qui a ensuite s’est attaché à un autre proton et est sorti. Le noyau de carbone s’est alors devenu un noyau de carbone-11 surchargé en énergie. Parfois, cette énergie crée un méson éta prime qui s’accroche au nouveau noyau pour un instant très court : environ un millième de millionième de millionième de seconde.
Comment l’ont-ils capturé ?
Les chercheurs ont utilisé un détecteur spécial, WASA, qui sollait ces événements rares. Mais le bruit de fond était 100 à 1000 fois plus fort que le signal. Un peu comme chercher une voix dans un concert.
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