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L'accélérateur de Pékin a détecté une particule charmée se transformant en neutron accompagné de deux compagnons légers.
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Dans l'accélérateur situé près de Pékin, des électrons entrent en collision avec des positrons, et pendant un instant naissent des particules que l'on ne rencontre pas dans la matière ordinaire. L'une d'elles est la lambda-c-plus : elle contient un quark charmé lourd, comme une pierre dans une fronde. Désormais, les physiciens ont vu pour la première fois cette particule se désintégrer en un neutron, un pion positif et un méson êta.
Le neutron est une brique familière du noyau atomique, tandis que le pion et le méson êta sont des particules légères qui ne vivent que des fractions de seconde.
Pour extraire cette désintégration rare parmi des milliards de collisions, les scientifiques ont utilisé un réseau de neurones basé sur l'architecture Transformer — la même idée que celle des grands modèles de langage, mais entraînée sur les signaux du détecteur. Il a filtré le bruit de fond, comme un pêcheur expérimenté rejette les petits poissons de son filet. Le signal s'est révélé si pur que sa signification statistique atteint 9,5 sigma — bien au-delà du seuil de hasard.
Ils ont également mesuré la proportion de ces désintégrations : environ 3 cas pour mille. En revanche, l'étape intermédiaire avec la mystérieuse particule a0(980) n'a pas été confirmée — seule une limite supérieure a été établie. Cela signifie que la désintégration se produit directement, sans intermédiaires superflus.
Ces mesures sont comme des repères sur une carte du monde invisible. Chaque nouvelle flèche sur le schéma de désintégration précise à quel point le quark charmé interagit avec les autres particules. C'est un pas vers la compréhension de la structure de la matière à son niveau le plus profond.
By analysing 6.1 $${\rm fb}^{-1}$$ of data collected at center-of-mass energies between $$\sqrt{s}=4.600$$ and 4.843 $$\rm GeV$$ with the BESIII detector at the BEPCII collider, we observe the decay $$\Lambda_c^+\to n\pi^+\eta$$ for the first time with a statistical significance of $$9.5\sigma$$. The ratio of branching fractions $$\mathcal{B}(\Lambda_c^+\to n\pi^+\eta)/\mathcal{B}(\Lambda_c^+\to \Lambda\pi^+\eta)$$ is measured to be $$0.155\pm0.031_{\rm stat.}\pm0.012_{\rm syst.}$$ Taking the world average of $$\mathcal{B}(\Lambda_c^+\to \Lambda\pi^+\eta)$$ as reference, the absolute branching fraction is calculated to be $$\mathcal{B}(\Lambda_c^+\to n\pi^+\eta)=(2.94\pm0.59_{\rm stat.}\pm0.23_{\rm syst.}\pm0.13_{\rm ref.})\times10^{-3}$$. The intermediate process $$\Lambda_c^+\to na_0(980)^+$$ is also searched for in the $$\pi^+\eta$$ invariant mass spectrum. Since no significant signal is found, the upper limit on $$\mathcal{B}(\Lambda_c^+\to na_0(980)^+)\times\mathcal{B}(a_0(980)^+\to\pi^+\eta)$$ is set to $$8.4\times10^{-4}$$ at 90\% confidence level. A sophisticated deep learning approach using a Transformer-based architecture is employed to distinguish signals from prevalent hadronic backgrounds, complemented by thorough validation and systematic uncertainty quantification.
La particule lambda-c-plus ne vit qu'environ 200 femtosecondes — c'est moins de temps qu'il n'en faut à la lumière pour traverser l'épaisseur d'un cheveu humain.
Dans la série « Star Trek », les particules charmées sont mentionnées comme une forme exotique de matière difficile à contenir même dans un champ de force.
