La bombe à neutrons

« distinctes : les leptons (du grec signifiant « léger ») et les hadrons ( « lourd » ).

Ces derniers, qui obéissent à la force d'interaction dite « forte », sont les constituants du noyau atomique.

Il y en a plusieurs centaines ; mais un grand nombre d'entre eux sont en fait des états composites ou excités.

Les tentatives de remi­ se en ordre de cette famille importante ont abouti à l'hypothèse des quarks, qui semble se vérifier à la lumière des expériences de ces dernières annéès ; les quarks, au nombre de trois, puis plus récem­ ment, de quatre avec l'adjonction d'un quark char­ me (nécessaire pour expliquer la particule 'l' découverte en 1975) semblent en l'état actuel pou­ voir être considérés comme des constituants élé­ mentaires, encore qu'il n'ait pas encore été prouvé qu'ils puissent exister autrement qu'en association entre eux.

Les leptons, au contraire, sont connus depuis longtemps : électron, muon, neutrino électronique et neutrino muonique (avec les quatre antiparticu­ les correspondantes), et tout un ensemble de rai­ sons semble indiquer qu'ils sont vraiment élémen­ taires, contrairement aux hadrons.

Cette famille restreinte, qui obéit par ailleurs à l'interaction dite « faible », ne comportait donc que des particules nettement plus légères que les hadrons, et aucune théorie ne peut expliquer le rapport de masses entre le muon et l'électron (les neutrinos semblent avoir une masse nulle).

Mais il n'était pas prouvé que des leptons plus lourds ne puissent pas exister.

Les recherches menées depuis 1974 par plusieurs équi­pes ont abouti, en 1976 et 1977, à la découverte de ce lepton lourd, qui a été baptisé T («tau») initiale du mot grec tritou, signifiant troisième), à laquelle sont associés un anti-tau, et un couple de deux nou­ veaux neutrinos anti-neutrinos.

La technique d'une telle recherche est assez complexe.

Elle a utilisé le principe des « anneaux de collision», dans lesquels on fait tourner, à des vitesses voisines de celle de la lumière (donc à très haute énergie) et en sens inverse, des faisceaux d'électrons et d'antiélectrons (positrons) produits par un accélérateur linéaire.

Chaque faisceau regroupe une centaine de milliards de particules et parcourt l'anneau un million de fois par seconde.

Malgré cela, il ne se produit pas plus d'une colli­ sion tputes les quelques secondes.

Le choc frontal d'un électron et d'un positron produit, pendant un instant très court, une bouffée d'énergie pure (appe­ lée « photon virtuel », qui se rematérialise ensuite en diverses particules.

Le problème est alors de trier, parmi les divers événements, ceux qui corres­ pondent aux caractéristiques de la particule recher­ chée.

En effet, la rematérialisation peut produire une nouvelle paire électron-positron, ou une paire muon-antimuon, ou encore une paire hadron­ antihadron, ou un ensemble de divers hadrons.

La particule recherchée devait obéir à plusieurs conditions.

D'une part, l'énergie des ·faisceaux devait être réglée de façon à créer une particule d'une masse supérieure à 1 000 MeV (c'est-à-dire un milliard d'électron-volts), aucun lepton autre que les quatre précédents n'ayant été détecté au­ dessous de cette valeur.

D'autre part, certaines hypothèses sur la nature de la particule condui­ saient à rechercher certains types de désintégration de la particule elle-même, dont la durée de vie pou­ vait être estimée à quelques millièmes de milliardiè­ me de secondes.

Sans entrer dans le détail, indiquons simplement que ces désintégrations pouvaient être repérées sous forme d'apparition de couples électron-muon (ou leurs antiparticules), couples normalement interdits, dans le cas de désintégrations leptoni­ ques.

Toutefois, la nouvelle particule éventuelle­ ment ainsi repérée pouvait aussi bien être un hadron qu'un ·nouveau lepton.

Aussi, les physiciens dirigés par Martin L.

Perl se sont-ils montrés, dans un premier temps, très prudents lorsqu'ils ont repé­ ré les premières apparitions des couples recherchés, à des énergies d'environ 2 000 MeV.

En l'état actuel, une demi-douzaine d'équipes différentes ont pu accumuler un nombre suffisant d'événements pour que l'on puisse considérer comme à peu près assurée la découverte d'une nouvelle particule, de masse comprise entre 1 800 et 1 900 MeV (4 000 fois celle de l'électron), qui ne soit pas un hadron et qui présente les propriétes d'un lepton (ces derniers points s'appuient en particulier sur des considéra­ tions assez complexes de taux de production de la particule en fonction de l'énergie).

Cette nouvelle découverte est sans doute aussi importante que celle de la particule 'l' qui a valu le prix Nobel 1976 à B.

Richter et S.

Ting.

Elle ouvre en tout cas deux vastes champs de réflexion et d'ex­ périmentation.

D'abord, quelles sont ses caractéristiques exactes et surtout quels sont ses rapports avec l'électron et le muon ? Y a-t-il une raison pour que sa masse soit si proche de celle du meson charmé (meson D) dont la masse est de 1 865 MeV? La recherche de nouveaux leptons, avec ces masses encore supérieures (on espere monter, dans un ave­ nir proche, à 18 000 MeV avec les nouveaux anneaux en construction à Stanford et Hambourg), pourrait apporter de nombreux éléments nouveaux.

Mais surtout, le point le plus important est le suivant.

Avant la découverte du lepton lourd, les quatre leptons présentaient une assez troublante symétrie avec les autres quarks, et on espérait pou­ voir arriver à une théorie unifiée des particules.

L'apparition de deux nouveaux leptons (le tau et son neutrino) détruit la symétrie ...

à moins que de nouveaux quarks ne se révèlent.

Ce qui n'apparaît pas impossible, un groupe de chercheurs aurait pré­ cisément signalé la possibilité d'un cinquième quark! Un nouveau degré dans la recherche semble atteint aujourd'hui.. »