Une collision au LHC renforce les quarks en tant que particules élémentaires sans structure interne

Le détecteur CMS du Grande Colisor du CERN a analysé les collisions de protons et n’a trouvé aucune preuve de structure interne dans les quarks. La recherche a utilisé les données de la deuxième phase d’exploitation du LHC et a testé des échelles allant jusqu’à 10⁻²⁰ mètres. Les résultats renforcent le modèle actuel de physique des particules.

Les quarks forment des protons et des neutrons, qui constituent à leur tour la matière ordinaire. La théorie les décrit comme des particules ponctuelles, sans parties plus petites. Les précédents Experimentos ont déjà confirmé ce point de vue, mais la recherche de couches plus profondes se poursuit. La nouvelle étude avance la limite d’observation.

Méthode d’investigation guidée par courant Rutherford

L’expérience suit le principe utilisé par Ernest Rutherford en 1911. Ele a bombardé une feuille d’or avec des particules alpha et observé des angles de diffusion. La plupart sont passés directement, mais certains ont ricoché. Isso a révélé le noyau atomique concentré au centre.

Au LHC, les collisions de protons brisent ces protons en quarks. Les quarks sortent sous forme de jets de particules. Le CMS mesure la répartition des angles entre ces jets. Si les quarks avaient une structure interne, la forme des jets changerait à certaines énergies. Les données collectées ne montrent pas cet écart significatif.

L’équipe a examiné plus d’un million d’événements. Les distributions d’angle correspondent aux prédictions de Modelo Padrão pour les particules ponctuelles. Les différences Pequenas apparaissent dans des plages de masse élevées, mais relèvent d’incertitudes statistiques et systématiques.

Análise utilise 138 fb⁻¹ de données à 13 TeV

L’étude est basée sur des collisions à 13 téraélectronvolts. La luminosité intégrée atteint 138 fb⁻¹. Les chercheurs ont corrigé les effets du détecteur et les ont comparés aux calculs QCD perturbatifs dans l’ordre NNLO, ainsi qu’aux corrections électrofaibles NLO.

• Angles angulaires normalisés Distribuições dans diverses plages de masse du di-jet
• Direct Comparação avec scénarios de quarks composés
• Limites dans les interactions de contact entre quarks
• Restrições vers des dimensions supplémentaires, des trous noirs quantiques et des médiateurs de matière noire

Jusqu’à présent, les limites les plus strictes excluent les quarks composés dépassant certaines échelles d’énergie. Dans le modèle de référence avec les quarks gauchers, la limite atteint 37 TeV pour les interférences constructives.

Quarks reste comme blocs fondamentaux

La physique a déjà connu plusieurs révolutions. Átomos étaient indivisibles jusqu’à la découverte du noyau. Prótons et les neutrons semblaient élémentaires jusqu’à ce que les quarks soient confirmés en 1968 au SLAC. Agora, le CMS pousse le test à des distances mille fois inférieures à la taille du proton.

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Mesmo sans aucun signe de sous-structure, les scientifiques n’excluent pas des possibilités à des échelles encore plus petites. L’expérience actuelle limite les structures de plus de 10⁻²⁰ m. Isso équivaut à environ un cent millième du diamètre d’un proton.

Le résultat contraint également d’autres phénomènes au-delà de Modelo Padrão. Les gluons anormaux Acoplamentos, les particules de type axion et les médiateurs de matière noire sont soumis à des limites plus strictes. L’analyse couvre plusieurs modèles théoriques dans une seule publication.

Le Futuro du LHC apportera plus de précision

La troisième phase d’exploitation du LHC collecte déjà de nouvelles données. La mise à niveau HiLumi LHC, prévue pour 2030, augmentera considérablement le taux de collisions. Avec davantage de statistiques, les chercheurs réduiront les incertitudes liées à la mesure de l’angle de diffusion.

Un Medições plus précis pourrait révéler des déviations subtiles ou confirmer davantage le comportement ponctuel des quarks. CMS prévoit de poursuivre la recherche de signes d’une nouvelle physique dans la distribution des jets.

La matière ordinaire qui nous entoure dépend de ces particules. La découverte de Qualquer sur sa composition affecterait la compréhension de l’univers, y compris des questions telles que la matière noire et l’unification des forces. Pour l’instant, les quarks conservent leur position de particules élémentaires.

Les scientifiques soulignent que l’absence de preuves ne prouve pas une absence définitive. Les futurs Experimentos avec des énergies plus élevées ou des techniques différentes pourraient explorer des distances encore plus petites. Le LHC reste le principal outil pour franchir cette frontière.