Des protons accélérés à des énergies énormes percutent une épaisse plaque de métal — comme des balles contre une armure. À l'intérieur du métal naît brièvement une particule J/ψ, qui se désintègre aussitôt en deux muons — de légers cousins de l'électron. Ces muons s'échappent de la cible et les détecteurs capturent leurs traces.
Les scientifiques ont comparé le nombre de muons détectés aux prédictions du modèle informatique. Le modèle prévoyait davantage de muons à grand moment transverse — c'est-à-dire ceux qui partent en biais par rapport au faisceau. Or, en réalité, ils sont nettement moins nombreux. Ce n'est pas une erreur, mais une chance : dans la future expérience SHiP, ces muons auraient été gênants, car ils sont plus difficiles à dévier avec un bouclier magnétique.
La section efficace mesurée de production de J/ψ par nucléon est de 1,18 nanobarn avec une incertitude d'environ 10 %. Ce résultat est proche de celui de l'expérience antérieure NA50, mais légèrement supérieur. La différence ne dépasse pas les erreurs systématiques, aussi les scientifiques concluent que les collisions secondaires dans la cible épaisse n'augmentent pas la production de J/ψ de plus de 32 % (avec un niveau de confiance de 90 %).
Ce résultat est une bonne nouvelle pour SHiP. Si les particules secondaires produisaient beaucoup de J/ψ supplémentaires, le bruit de fond de muons serait plus élevé. Or, il est maintenant clair que la cible épaisse ne gâche pas le tableau, et l'on peut construire l'installation en toute confiance.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2604.03661
Di-muon events emanating from a replica of the SHiP target at the CERN SPS (with a 400 GeV/c proton beam) contain a clear signal of \jpsi production. The target consisted of 13 interaction lengths of molybdenum and tungsten, followed by a 2.4m iron hadron absorber. The di-muon rate is in reasonable agreement with \MC based on Pythia v8. However, the $$J/\psi$$ rate observed in the data is much lower than predicted by the Monte Carlo simulation, which is advantageous for SHiP since muons with a large $$p_T$$ are more difficult to deflect by the active muon shield. For the center of mass rapidity ($$y_{\rm cm}$$) interval with the largest overlap with the NA50 measurement, $$0.3 < y_{\rm cm} < 0.6$$, we obtain the production cross-section per nucleon $$\sigma(J/\psi)/A$$ including the branching ratios of $$J/\psi$$ decays into muons, $$B_{\mu^+\mu^-}$$: $$B_{\mu^+\mu^-}\sigma(J/\psi)/A=(1.18~\pm~0.04~\pm~0.10)~\mathrm{nb}$$/nucleon. This is to be compared to the NA50 extrapolated result (using a much thinner target): $$B_{\mu^+\mu^-}\sigma(J/\psi)/A=(0.99~\pm~0.04)~\mathrm{nb}$$/nucleon. Within the systematic errors, no significant enhancement due to secondary production of \jpsi inside the target is observed. An upper limit at 90\% confidence level of possible contributions from secondary collisions of $$<32\%$$ is obtained.
La particule J/ψ a été découverte simultanément par deux groupes en 1974 et a constitué la première preuve de l'existence des quarks charmés. Cette découverte a valu le prix Nobel.
Dans le roman « Le Problème à trois corps » de Liu Cixin, les extraterrestres utilisent des protons comme sondes — en réalité, les protons servent eux-mêmes de projectiles pour créer de nouvelles particules.