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Le Tevatron confirme une réaction produisant un seul quark top

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Il ne s'agit pas de l'observation d'un quark isolé que vient de confirmer l'équipe de l'expérience D0 du Tevatron, mais d'un type de réaction où le quark top n'est pas produit en paires de particule/antiparticule. Ce genre de réaction est un canal possible pour démontrer l'existence du boson de Higgs.

Un diagramme de Feynman montrant l'une des réactions possibles produisant un quark top seul. Une paire de quark/antiquark (à gauche) s'annihile pour donner un boson W chargé positivement, lequel se désintègre ensuite en un quark top (t) et un anti-quark beau (b barre). Crédit : Fermilab

Les physiciens du Tevatron publiant aujourd'hui un article dans la célèbre Physical Review D n'ont pas réalisé une découverte nouvelle. En effet, l'observation de réactions produisant un seul quark top, accompagné par un second quark mais d'une autre saveur(comme celle représentée par un diagramme de Feynman en fin d'article), avait déjà eu lieu, comme le Fermilab l'avait annoncé en décembre 2006 lors d'un séminaire. A l'époque, les physiciens des particules élémentaires scrutant les produits de réactions des collisions de protons et d'anti-protons dans le détecteur D0 du Tevatron avaient de bonnes raisons pour présenter leurs résultats comme une découverte. Mais deux années de travail supplémentaires ont été nécessaires pour asseoir sa crédibilité sur de meilleures bases.

Observer ce genre de réactions où le quark top, ou son anti-particule, apparaît avec une autre saveur de quark n'est pas chose facile. En effet, sur un million de milliards de collisions, seule une soixantaine s'accompagneront de la production d'un seul quark top. Il faut donc accumuler beaucoup d'événements dans le détecteur pour affirmer avoir réellement observer le phénomène sans risque de le confondre avec des événements parasites constituant un bruit de fond. La rareté de ces réactions s'explique par le fait qu'il s'agit de processus électrofaible et pas de processus de chromodynamique quantique, beaucoup plus fréquents à cause de l'intensité de l'interaction nucléaire forte. De plus, dans ce cas, seules des paires de quark top et anti-quark top sont produites.

Le savoir-faire acquis lors de ces expériences est important car certains canaux de désintégration du mythique boson de Higgs font justement intervenir la production d'un seul quark top. Les physiciens sont donc désormais mieux armés pour découvrir ce mythique boson qui expliquerait l'origine des masses des particules de l'Univers. Cela veut dire aussi que s'il existe, le boson de Higgs pourrait très bien être découvert prochainement au Tevatron et pas au LHC.

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