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  • La découverte des gluons a quarante ans

    Jun 20, 2019

    Il y a quarante ans, en 1979, des expériences du laboratoire DESY, en Allemagne, ont fourni la première preuve directe de l'existence des gluons – les porteurs de la force forte, qui « collent ensemble » les quarks composant les protons, les neutrons et d'autres particules, appelés collectivement hadrons. Cette découverte a été un jalon dans l'histoire de la physique des particules car elle a contribué à démontrer la théorie de la force forte, la chromodynamique quantique.

    Ces résultats ont fait suite à une idée qu'a eue le théoricien John Ellis en 1976, alors qu'il marchait dans les couloirs du CERN. Comme il le raconte, il regagnait son bureau, en revenant de la cafétéria du CERN, et traversait la passerelle lorsque, en tournant au coin de la bibliothèque, il lui est venu à l'esprit que « l'expérience la plus simple, pour chercher directement le gluon, serait en le produisant au moyen d'un bremsstrahlung (rayonnement de freinage) dans l'annihilation électron-positon ». Dans ce processus, un électron et un positon (l'antiparticule de l'électron) s'annihileraient, et ils produiraient dans certains cas trois « jets » de particules, dont l'un proviendrait d'un gluon émis par une paire quark-antiquark.

    John Ellis et deux autres théoriciens, Mary Gaillard et Graham Ross, ont ensuite écrit un article sur la recherche des gluons dans l'annihilation e+-e- (« Search for Gluons in e+-e– Annihilation »), dans lequel ils décrivaient un calcul du processus et montraient comment le collisionneur PETRA du laboratoire DESY et le collisionneur PEP du SLAC allaient pouvoir l'observer. John Ellis s'est ensuite rendu au laboratoire DESY, où il a donné un séminaire sur cette idée et a parlé avec des expérimentateurs se préparant à travailler auprès du collisionneur PETRA.

    Quelques années plus tard, et après d'autres articles publiés par John Ellis, Mary Gaillard et d'autres théoriciens, PETRA a été mis en service et a atteint la gamme d'énergie nécessaire pour tester cette hypothèse. Peu après, le 18 juin 1979, lors de la conférence internationale sur les neutrinos qui se déroulait à Bergen (Norvège), des scientifiques ont présenté une collision à trois jets qui venait d'être détectée par l'expérience TASSO du collisionneur PETRA.

    Lors de la conférence de la Société européenne de physique, qui a eu lieu au CERN deux semaines plus tard, la collaboration TASSO a présenté plusieurs événements à trois jets ainsi que les résultats d'analyses démontrant que le gluon avait bel et bien été découvert. Un mois plus tard, en août 1979, trois autres expériences auprès de PETRA observaient des événements semblables, observations qui sont venues renforcer les résultats de TASSO.

    Pour en savoir plus sur cette découverte, consultez l'article de DESY marquant les 40 ans de cette découverte, le récit de John Ellis, et cet article de 2004 du CERN Courier (en anglais).


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