International Physics Masterclasses

Rechercher et découvrir des particules en mesurant leur masse

Dans ce chapitre, vous allez vous familiariser avec les outils dont vous aurez besoin pour effectuer votre analyse d’événements : à la fois des méthodes de recherche en physique et des techniques mathématiques. Muni de ce bagage, vous pourrez redécouvrir le boson Z0 et d’autres particules connues, chercher le boson de Higgs et, cerise sur le gateau, explorer l’Inconnu !

Pour être sûr qu’une vraie particule a été créée lors de la collision, il ne faut pas seulement identifier les produits de sa désintégration – comme des paires muon-antimuon, électron-positron ou photon-photon – mais également reconstruire la masse de la particule qui s’est désintégrée.

En effet, la masse est une propriété de la particule qui peut être utilisée en même temps que d’autres propriétés de celle ci afin d’identifier la particule de manière unique.

Pour comprendre comment la masse est reconstruite, il faut que vous sachiez ce qu’est l’unité dite l’eV (l’électron-Volt), ce qu’est la quantité de mouvement (ou impulsion) et ce qu’est un vecteur. Pour plus de détails, suivre les liens vers les sections Unités d'énergie, Quantité de mouvement (ou Impulsion) or Vecteurs.

Nous allons utiliser la formule d’Einstein qui lie la masse à l’énergie dans une forme plus complète et nous la transformerons en utilisant une loi fondamentale de la nature: L’énergie et la quantité de mouvement sont conservées dans toute réaction produite dans la Nature. Cela signifie que leurs valeurs avant et après la collision ou la désintégration restent chacune inchangées.

Dans la page suivante, nous discuterons une formule importante qui nous permettra d’obtenir la masse d’une particule qui s’est désintégrée à partir des mesures des propriétés des particules produites lors de sa désintégration.

Voici à quoi ressemble cette formule pour le cas d’un boson Z qui se désintègre en une paire e+e- !

Dans cette belle formule, m est la masse , E est l’énergie, c la vitesse de la lumière et p est la quantité de mouvement ( ou impulsion). Les indices e et Z signifient électron et boson Z0 respectivement.

Et comment chercher le boson de Higgs ? Selon le Modèle Standard, la probabilité qu’il se désintègre directement en électrons et muons est très faible : mieux vaut passer par les événements 2-photons et 4-leptons.

Pour la désintégration H → γγ, utilisez simplement la formule ci-dessus en remplaçant « Z0 » pas « H » et « e » par « γ ». Quoi de plus simple !?

Pour la désintégration H → llll, utilisez la formule ci-dessus en additionnant les énergies et les quantités de mouvement (ou impulsions) des quatre leptons pour calculer la masse de la particule mère. Un jeu d’enfant n’est-ce-pas !?

Allez à la section suivante pour en apprendre plus.