Dans le détecteur CMS du Grand collisionneur de hadrons, des protons accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière sont entrés en collision. Parmi des milliards de ces collisions, les physiciens cherchaient une signature rare : la naissance d'une particule lourde qui se désintègre aussitôt en un boson W et un quark b. Le boson W ne vit que des fractions de seconde et se désintègre en un électron ou un muon, tandis que le quark b se transforme en un jet de particules – comme les éclats d'une tasse cassée qui volent sur la table.
Une telle signature pourrait trahir un « quark vectoriel » – un lourd cousin hypothétique des quarks ordinaires qui composent les protons et les neutrons. S'il existait, son apparition serait visible par rapport aux processus habituels. Mais après analyse des données accumulées sur plusieurs années de fonctionnement du collisionneur, aucun excès d'événements n'a été trouvé. C'est comme écouter des centaines d'heures d'enregistrement du bruit de la mer sans entendre le moindre son étranger.
Ces limites sont comme un rétrécissement du cercle de recherche sur une carte : plus on sait précisément où la particule n'est pas, moins il reste d'endroits où la chercher. Peut-être que la prochaine génération d'expériences ou des méthodes d'analyse plus fines finira par entendre ce fameux son dans le bruit.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2604.17564
A search is performed for the single production of a heavy vector-like quark (VLQ), decaying into a W boson and a b quark. The analysis uses proton-proton collision data collected by the CMS experiment at the CERN LHC at a center-of-mass energy of 13 TeV and corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$$^{-1}$$. The search targets events with leptonic W boson decays. The event signature consists of one electron or muon, large transverse momentum imbalance, at least one jet consistent with coming from the fragmentation of a b quark and having large transverse momentum, and at least one jet in the forward region of the detector. No significant excess over the standard model prediction is observed. Upper limits are set at the 95% confidence level on the production cross section of a VLQ and its coupling $$\kappa_\mathrm{W}$$ to the standard model sector. For a VLQ decaying exclusively into Wb, the upper limit on $$\kappa_\mathrm{W}$$ depends on the VLQ mass and reaches values as low as 0.086 for masses around 1.4 TeV. For $$\kappa_\mathrm{W}$$ = 0.2 the lower limit on the VLQ mass is 2.4 TeV. These are the most stringent limits to date on the single production of VLQs decaying into Wb.
Les quarks vectoriels, s'ils étaient trouvés, deviendraient les premières particules connues à acquérir leur masse autrement que toutes les autres – non pas via le mécanisme de Higgs.
Dans le roman « Le Problème à trois corps » de Liu Cixin, les physiciens sont confrontés à des particules qui violent les lois habituelles – la recherche de quarks exotiques rappelle un peu la tentative d'attraper une telle anomalie dans une expérience réelle.