M. Karam Ouharou

In the first millionths of a second after the Big Bang, the universe was a roiling, trillion-degree plasma of quarks and gluons—elementary particles that briefly glommed together in countless combinations before cooling and settling into more stable configurations to make the neutrons and protons of ordinary matter. In the chaos before cooling, a fraction of these quarks and gluons collided randomly to form short-lived "X" particles, so named for their mysterious, unknown structures. Today, X particles are extremely rare, though physicists have theorized that they may be created in particle accelerators through quark coalescence, where high-energy collisions can generate similar flashes of quark-gluon plasma. My team at MIT's Laboratory for Nuclear Science and elsewhere have found evidence of X particles in the quark-gluon plasma produced in the Large Hadron Collider (LHC) at CERN, the European Organization for Nuclear Research, based near Geneva, Switzerland. T...

Atomic nuclei have only two ingredients, protons and neutrons, but the relative number of these ingredients makes a radical difference in their properties. Certain configurations of protons and neutrons, with ‘magic numbers’ of protons or neutrons arranged into filled shells within the nucleus, are more strongly bound than others. The rare nuclei with complete proton and neutron shells, which are termed doubly magic, exhibit particularly enhanced binding energy and are excellent test cases for studies of nuclear properties. The new theoretical calculations and experimental results from the ISOLTRAP team shed light on one of the most iconic doubly magic nuclei: tin-100. With 50 protons and 50 neutrons, tin-100 is of particular interest for studies of nuclear properties because, in addition to being doubly magic, it is the heaviest nucleus comprising protons and neutrons in equal number — a feature that gives it one of the strongest beta decays, in which a positron is em...

T he J/ψ meson (J/psi meson or psion) is a flavor-neutral meson about three times more massive than a proton. This particle consists of a charm and an anti-charm pair held together tightly via the strong force. It was discovered in two experiments unexpectedly in 1974, in the so-called ‘November Revolution’ of particle physics. This, in turn, led to the discovery of the charm quark, a heavier cousin of the up quark. It fetched the pioneers of the experiments — Burton Richter and Samuel Ting — the Physics Nobel prize in 1976, and, importantly, opened a new window in the field of high-energy physics. ATLAS, CMS and LHCb experiments have previously seen one or two J/ψ particles coming out of a single particle collision, but never before have they seen the simultaneous production of three J/ψ particles — until the new CMS analysis. The rarity of this process is reflected in the number of events found, which is a meager 5, out of almost 100 billion proton-proton interactions t...

Fall - Obj. 12 | Interview   L e Supersynchrotron à protons (SPS) n'a pas été baptisé ainsi par hasard. Il s'agit en effet du plus grand accélérateur du CERN après le LHC et de l'ultime maillon de la chaîne d'accélérateurs alimentant en faisceaux le Grand collisionneur de hadrons (LHC). Il livre en outre des faisceaux à diverses expériences hors LHC qui se consacrent à des domaines extrêmement variés, qu'il s'agisse de tests de précision du Modèle standard de la physique des particules ou d'études du plasma de quarks et de gluons, état de la matière qu'on suppose avoir existé immédiatement après le Big Bang. Le deuxième long arrêt du complexe d'accélérateurs du CERN a pris fin et le redémarrage des différents maillons de la chaîne d'accélération a commencé. Ainsi, après le Booster du Synchrotron à protons et le Synchrotron à protons, le SPS et ses expériences ont à leur tour repris du service. Le SPS alimente en faisceaux de particules toutes les...

A u terme d'une dizaine d'années de R&D, l'Irfu a livré au Cern, en juillet 2021, 74 nouvelles cartes électroniques destinées au calorimètre électromagnétique d'Atlas, produites par la société FEDD. Ces cartes supporteront le flux de données croissant qui sera produit par le LHC dès son redémarrage, en février 2022. Les calorimètres électromagnétique et hadronique de l'expérience Atlas jouent un rôle essentiel dans l'identification des produits de collisions proton-proton du LHC parmi d'innombrables combinaisons. Segmentées en couches concentriques, les cellules des calorimètres mesurent sélectivement les dépôts d' énergie électromagnétique (électrons ou photons) et hadronique plus pénétrants (protons, pions, jets reliés à des quarks, gluons de basse énergie , etc). Dans ce contexte , le système de déclenchement du calorimètre électromagnétique doit opérer un tri extrêmement rapide pour ne prendre en compte que les données des région...

INTRANET Plasmas stellaires et astrophysique de laboratoire mis à jour le  13 Décembre 2021 à 18h08min Depuis le coeur des étoiles jusqu’à leurs environnements proches, la matière est plasma. Sa structure, sa composition et sa dynamique sont gouvernées par le champ magnétique, le rayonnement et les particules énergétiques. Comprendre les processus physiques à l’œuvre dans ces environnements est un enjeu essentiel pour pouvoir interpréter correctement les observations spatiales à haute résolution angulaire et spectrale. Théorie, simulation et expériences permettent de comprendre des processus variés comme la diffusion radiative à l’intérieur des étoiles et les processus d’accrétion éjection dans les environnements stellaires. Aux petites échelles, il s’agit d’étudier la physique universelle des chocs, des instabilités magnétiques, de la reconnexion, ainsi que les processus de génération de rayons cosmiques et leur interaction avec le milieu ambiant. Les très grandes installations de...

Laser Cooling Starting in about 1985 with the work of Steven Chu and others, the use of lasers to achieve extremely low temperatures has advanced to the point that temperatures of 10-9 K have been reached. If an atom is traveling toward a laser beam and absorbs a photon from the laser, it will be slowed by the fact that the photon has momentum p = E/c = h/λ. If we take a sodium atom as an example, and assume that a number of sodium atoms are freely moving in a vacuum chamber at 300K, the rms velocity of a sodium atom from the Maxwell speed distribution would be about 570 m/s. Then if a laser is tuned just below one of the sodium d-lines (589.0 and 589.6 nm, about 2.1 eV), a sodium atom traveling toward the laser and absorbing a laser photon would have its momentum reduced by the amount of the momentum of the photon. It would take a large number of such absorptions to cool the sodium atoms to near 0K since one absorption would slow a sodium atom by only about 3 cm/s out of a speed of 5...