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ATLAS donne un nouvel éclairage sur la structure interne du proton

Lors du symposium sur les interactions lepton-photon (10-14 janvier), ATLAS a présenté un article sur l'interaction des partons à l'intérieur du proton

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ATLAS new small wheel C lowering
Le transport de la nouvelle petite roue à l'intérieur du détecteur ATLAS pendant le deuxième long arrêt technique (LS2). La nouvelle compréhension des PDFs par ATLAS sera utilisée dans le cadre de la recherche de processus de nouvelle physique lorsque le LHC redémarrera plus tard cette année. (Image: CERN)

Le Grand collisionneur de hadrons (LHC), comme on sait, fait entrer en collision des protons avec des protons ; en réalité ce sont les quarks et les gluons (appelés partons) à l'intérieur des protons qui interagissent. Ainsi, afin de prédire la fréquence d'un processus dans le LHC, tel que la production d'un boson de Higgs ou d'une particule encore inconnue, les physiciens doivent comprendre comment les partons se comportent à l'intérieur du proton. Ce comportement est décrit par les fonctions de distribution de partons, qui montrent quelle fraction d'impulsion du proton est absorbée par les quarks et les gluons qui le composent.

Jusqu'à présent, nos connaissances sur les fonctions de distribution de partons provenaient des collisionneurs lepton-proton, tels que l'accélérateur HERA à DESY. Ces machines utilisent des particules ponctuelles, comme des électrons, pour sonder directement les partons à l'intérieur du proton. La recherche menée avec ces collisionneurs a révélé que, en plus des quarks up et down bien connus, le proton contient une multitude d'autres paires quark-antiquark ; ces paires peuvent en théorie, être composées de n’importe quelle sorte de quark, les quarks étant liés entre eux par des gluons. Aujourd'hui, des études sur les collisions proton-proton du LHC analysent de façon détaillée les fonctions de distribution des partons, en s’attachant notamment à la composition en différents types de quarks et en gluons du proton.

La collaboration ATLAS vient de publier un nouvel article rendant compte d’une étude combinée des données du LHC et de HERA afin de déterminer les fonctions de distribution de partons. L’étude utilise les données d’ATLAS issues de différents processus du Modèle standard, notamment la production de bosons W et Z, de paires de quark top, et de jets hadroniques (gerbes de particules collimatées). Il était attendu que la contribution du quark étrange aux fonctions de distribution de partons soit plus faible que celle des quarks plus légers. Or, l’étude confirme des résultats précédents d'ATLAS indiquant que le quark étrange n'est pas atténué de manière substantielle à de faibles fractions d'impulsion du proton, et montre, sur la base des nouveaux résultats, comment l’atténuation intervient à des fractions d'impulsion plus élevées.

Plusieurs expériences et équipes de théorie du monde entier s'efforcent de comprendre les fonctions de distribution de partons, car les différences dans les résultats obtenus pourraient avoir un impact sur les recherches en haute énergie pour la physique au-delà du Modèle standard.

Il est important d'obtenir des fonctions de distribution de partons d'une grande précision pour permettre aux physiciens de trouver des indices de processus de nouvelle physique ; dans cette perspective, l'étude d’ATLAS apporte une contribution précieuse. La collaboration ATLAS est capable d'évaluer les corrélations des incertitudes systématiques entre les ensembles de données et d'en tenir compte, ce qui lui a permis d'obtenir de nouveaux résultats concernant les fonctions de distribution de partons. Cet outil n'était pas jusqu’à présent accessible en dehors d'ATLAS ; désormais, ce sera la méthode de référence pour les groupes étudiant les fonctions de distribution de partons dans le monde.

L'article complet est disponible sur le site web d'ATLAS.

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