Naissance de particules jumelles dans une cible épaisse express

Original: "Measurement of di-muons from 400 GeV/c protons interacting in a thick molybdenum/tungsten target"
· The SHiP Collaboration
arXiv:2604.03661 · 2026-04-04 · CC BY 4.0 · 2 min
Des physiciens ont mesuré la production de paires de muons dans une épaisse plaque de métal et ont découvert qu'elle est plus faible que prévu.

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.

Le moment transverse est la vitesse de la particule sur le côté, perpendiculairement à la direction du faisceau. Plus il est grand, plus il est difficile de « courber » la particule avec un aimant.

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.

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.

B_{\mu^+\mu^-}\sigma(J/\psi)/A = (1.18 \pm 0.04 \pm 0.10) \, \text{nb/nucleon}
Section efficace de production de J/ψ par nucléon, multipliée par la probabilité de désintégration en deux muons. La première incertitude est statistique, la seconde systématique.
Scientifiques
Emmy NoetherJames Clerk MaxwellSatyendra Nath BoseAlbert EinsteinWolfgang PauliEnrico Fermi
Notions
détecteur CMS collaboration CMS section efficace détecteur BESIII masse du proton collision de protons particule J/psi moment magnétique du muon