Selon un rapport publié le 25 sur le site officiel de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), dans une dernière étude, l'équipe de collaboration ATLAS du Grand collisionneur de hadrons (LHC) a utilisé le boson Z, un porteur électriquement neutre de la force faible, pour déterminer l'intensité de la force forte avec une précision record (incertitude inférieure à 1 %). Des articles pertinents ont été soumis à la revue Nature Physics.
Le modèle standard de la physique des particules stipule qu'il existe quatre forces fondamentales dans la nature : la force forte, la force électromagnétique, la force faible et la gravité, parmi lesquelles la force forte qui lie les quarks en protons, neutrons et noyaux atomiques est la plus forte. La force forte est portée par les gluons et sa force est appelée constante de couplage fort. Bien que la compréhension scientifique de la constante de couplage forte se soit améliorée au fil de nombreuses années de mesures et de développement théorique, l'incertitude quant à sa valeur est encore de plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle de ses autres « compagnons ».
Stefano Camarda, physicien au CERN et membre de l'équipe d'analyse, a souligné que la force de la force forte est un paramètre clé du modèle standard, mais que sa précision n'est actuellement que de quelques pour cent, tandis que la force électromagnétique, qui est 15 fois plus faible que la force forte, a une précision d'une partie par milliard.
Afin d'améliorer la précision de la mesure de l'intensité des forces fortes, l'équipe de la collaboration ATLAS a étudié le boson Z produit par la collision proton-proton au LHC avec une énergie de collision de 8 téraélectronvolts (TeV). Un boson Z est généralement produit lorsque deux quarks dans des protons en collision s'annihilent. Dans ce processus, la force forte agit par l’intermédiaire des gluons rayonnés par le quark annihilant. Ce rayonnement confère au boson Z un moment transversal dont l'ampleur dépend de la forte constante de couplage. En mesurant avec précision la distribution du moment transversal du boson Z et en la comparant aux valeurs théoriques, la forte constante de couplage peut être déterminée.
Dans la dernière analyse, l’équipe de recherche a déterminé avec précision que la constante de couplage fort à l’échelle de masse du boson Z était de 0,1183 ± 0,0009. L'incertitude relative de ce résultat n'est que de 0,8 %, ce qui constitue à ce jour la mesure la plus précise de la forte résistance dans une seule expérience.
L'équipe de recherche a souligné que des mesures plus précises des constantes de couplage fortes sont d'une grande importance : premièrement, elles peuvent améliorer la précision des calculs théoriques des processus de particules liés à la force forte ; Deuxièmement, cela peut aider à résoudre certains mystères importants non résolus. Par exemple, à des énergies extrêmement élevées, si toutes les forces fondamentales ont la même force, et en déduire si elles ont une source commune potentielle, et s'il existe des interactions inconnues qui peuvent modifier la force forte dans certains processus ou à des énergies spécifiques, etc.