rapport d'embranchement

Au Grand collisionneur de hadrons, on fait entrer en collision des protons, et parmi les débris apparaît parfois une particule poids lourd – le baryon lambda. Elle ne vit qu'une fraction infinitésimale de seconde et se désintègre en d'autres particules.

Parmi les débris des collisions de particules naissent parfois des « invités » éphémères : les hypérons. L'un d'eux, Σ0, vit moins d'un dix-milliardième de seconde et se désintègre en plein vol. Le capturer directement est presque impossible, mais on peut en observer les traces : il laisse derrière lui une autre particule, Λ, et une paire électron-positron.

L'archéologue retire délicatement couche après couche, et chaque nouveau niveau sur le site de fouille du charmonium est une désintégration rare capturée par le détecteur.

Lorsque la particule ψ(2S) se désintègre en un proton et un antiproton, deux mécanismes différents agissent simultanément : l'interaction forte, comme une colle qui maintient les quarks ensemble, et l'interaction électromagnétique, comme la lumière qui repousse les charges.

L'antiproton est le jumeau miroir du proton : même masse, mais charge négative. Lorsqu'il pénètre dans la matière, il s'annihile généralement instantanément – il disparaît en libérant de l'énergie après avoir percuté le noyau d'un atome.

Un stade de football où cent milliards de spectateurs éternuent en même temps — et seuls sept ou dix d'entre eux le font en silence total. C'est cette rareté que l'expérience NA62 traque au CERN, en étudiant la désintégration d'un kaon chargé (K+) en un pion (π+) et une paire de neutrinos (νν̄).

En 2021, l'observatoire LHAASO a détecté des rayons gamma d'énergie supérieure à l'électron-volt-péta provenant de sources comme la nébuleuse du Crabe — un reste d'explosion de supernova au centre duquel pulse une étoile à neutrons.

Le feu d'artifice éclate, et un point se disperse en quatre étincelles. C'est un peu ce que fait le boson Z — la particule qui porte l'interaction faible — lorsqu'il se désintègre en quatre leptons chargés (électrons ou muons). Le processus est extrêmement rare : sur un million de naissances de bosons Z, on n'observe qu'environ cinq événements de ce type.

Une pièce qui retombe sur sa tranche : c'est à peu près aussi rare que la désintégration d'un méson B lourd en un pion léger et une paire électron-positron. En une décennie de fonctionnement du collisionneur, seules quelques poignées de tels événements ont été accumulées, mais les physiciens ont enfin pu les distinguer.

Deux photons s'échappent d'un même point dans la poitrine d'un patient. Ce sont des jumeaux : si l'on modifie l'un, on connaît instantanément l'autre. Cette relation est appelée intrication quantique. Lors d'un examen TEP, ces paires naissent à l'intérieur du corps lorsque la substance radioactive injectée rencontre les électrons des tissus.

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.

La particule J/psi ne vit qu'un instant, puis se désintègre en particules plus légères, comme une corde qui se brise et se fragmente en morceaux. Les physiciens de la collaboration BESIII ont capté plus de dix milliards de ces désintégrations pour comprendre quels « morceaux » sont produits.

À l'intérieur du proton et du neutron, la vie bouillonne : les quarks échangent des gluons, et des paires de particules surgissent brièvement avant de disparaître. Certaines d'entre elles, appelées mésons scalaires, ne vivent que 10⁻²³ seconde — moins de temps qu'il n'en faut à la lumière pour traverser un noyau atomique.

Une minuscule sphère de verre flotte dans un faisceau laser, comme un grain de poussière dans la lumière du soleil. À l'intérieur, du plomb radioactif se désintègre de temps en temps. Chaque désintégration éjecte des particules chargées, et la sphère perd ou gagne une infime charge électrique.

Un réseau ramifié — comme un delta fluvial ou la couronne d'un arbre — est construit selon un principe d'économie. La loi classique, établie dès 1926, affirmait que le diamètre du vaisseau mère au cube est égal à la somme des cubes des diamètres des vaisseaux filles. Cette règle fonctionnait à merveille pour des tubes idéaux, mais les artères réelles donnaient obstinément un autre exposant : environ 2.7 au lieu de 3.

Lors des collisions de protons au Grand collisionneur de hadrons naissent des particules qui vivent moins d'un milliardième de seconde. L'une d'elles est le méson Bs, composé d'un quark étrange et d'un antiquark beauté.

Le proton n'est pas une boule pleine. Sa charge, sa masse et d'autres propriétés sont réparties dans l'espace de manières différentes, et chaque propriété a son propre rayon. Les physiciens savent depuis longtemps mesurer où se concentre la charge du proton et où se trouve sa masse.

Le proton ne peut pas être vu comme une simple boule. Si on le frappe avec un photon, il peut absorber de l'énergie et passer dans un état excité — comme une cloche qui se met à sonner à une certaine fréquence après avoir été frappée.

Le boson de Higgs vit incroyablement peu de temps — moins d'un milliardième de seconde. Impossible de le capturer directement, c'est pourquoi les physiciens observent ce qui reste après sa désintégration : des jets de particules, des muons, des neutrinos.

Dans l'accélérateur BEPCII, des électrons et des positrons entrent en collision, produisant des milliards de particules. Parmi elles, le méson J/ψ, qui vit moins d'un milliardième de seconde. Sa désintégration donne parfois naissance au méson êta (ηc), un amas de quarks encore plus éphémère.

Dans l'accélérateur, des particules entrent en collision, et pendant un bref instant naît un méson B — une particule lourde qui vit moins d'un milliardième de seconde. Habituellement, il se désintègre en de nombreux fragments, mais parfois il se transforme en seulement deux particules : un muon et un neutrino.

En 2018, le Grand collisionneur de hadrons a mené une collecte de données particulière : le détecteur CMS a capté des collisions de protons à une vitesse effrénée pour accumuler dix milliards de particules contenant un quark beauté.

Dans l'air que nous respirons, des événements chimiques invisibles se produisent constamment. L'un d'eux est la naissance et la mort instantanée d'une particule de formule H₂COO.

Dans l'accélérateur de particules de Pékin, on fait entrer en collision des électrons et des positrons, et pendant un bref instant naît une particule appelée êta-psi. Elle vit une fraction infime de seconde puis se désintègre en d'autres particules. L'un des chemins les plus rares est de se séparer en deux photons, les particules de lumière.

Deux photons, comme les deux faces d'une même pièce, s'éloignent sur des dizaines de kilomètres mais restent liés : mesurez l'un, vous connaissez instantanément l'état de l'autre. Cette propriété s'appelle l'intrication, et elle est à la base de la communication quantique.

Deux particules se tiennent l'une à l'autre comme des alpinistes encordés, et foncent vers un mur. Vont-elles rebondir ensemble ou la corde va-t-elle se rompre ? De quoi cela dépend-il ? Les physiciens ont examiné le cas le plus simple : tout se passe sur une ligne droite, les particules ne s'attirent que lorsqu'elles se trouvent au même point, et le mur est absolument rigide.