Désintégration du J/psi
2012/2013 – huile sur toile – 22 x 27 cm – 250 €
Les articles « A-t-on entrevu les premiers instants de l’Univers ? » ainsi que « Le déconfinement des quarks » et « Création et détection d’un plasma de quark-gluon » de futura-sciences trouvés sur internet m’ont guidée dans la réalisation de cette œuvre.
En reproduisant des conditions comparables à celles qui régnaient dans les premiers instants de l’Univers, on s’attend à découvrir un nouvel état de la matière, le plasma de quarks et de gluons. Des expériences ont été menées au CERN à Genève sur l’anneau SPS et également auprès du collisionneur Rhic du laboratoire national de Brookhaven aux USA . C’est dans ce dernier qu’ont eu lieu les collisions d’ions lourds avec l’expérience Phénix.
Sur cette œuvre tout en gardant ma liberté de peintre apparaît une vision de l’existence de ce plasma ainsi que de la production anormalement faible de la particule J/psi. Imaginons que nous pénétrons à l’intérieur d’un état de plasma.
Quatre types de quarks sont représentés sur cette œuvre : le quark up en boules rouges, le quark down en boules vertes, le quark charme c en boules oranges, le quark étrange ou strange s en boules bleu marine.
Durant les années 1980 à 1990 une série d’expériences (NA38, NA39, NA49, NA50, WA97 et WA98) ont été menées sur le SPS au CERN, les physiciens ont bombardé des cibles fixes avec des noyaux légers, puis avec des noyaux de plomb dont l’énergie atteignait 158 GeV par nucléon. Ces expériences ont ainsi permis de tirer profit de la liberté asymptotique des quarks et l’énergie concentrée a permis d’obtenir la création d’un plasma de quark-gluon. La liberté asymptotique des quarks est représentée et expliquée dans l’œuvre précédente « Quarks, Leptons, Bosons, les particules élémentaires ».
Nous découvrons donc au centre de l’œuvre la « foule » de quarks : le up en boules rouges, le down en boules vertes, le charme en boules oranges, le strange en boules bleu marine. Dans un tel plasma la foule de quarks et de gluons est si dense qu’une particule nommée J/psi disparaît.
Cette particule est représentée en allant vers le bord de l’œuvre : on l’aperçoit symbolisée par deux boules oranges, il s’agit d’un quark charme c en orange clair et de son antiquark c en orange foncé. Avec l’expérience Phénix la production du J/psi a été identifiée par sa désintégration en une paire de muons : sur l’œuvre deux flèches jaunes partent des deux quarks charmés en orange et produisent deux muons en boules jaunes. Au centre de l’œuvre dans un plasma dense cette particule a disparu. Explication : dans un tel plasma la foule de quarks et de gluons de tout type est si dense que le quark charme et son antiquark rencontrent bien plus de difficultés pour se lier et former un J/psi. Cet effet se traduit par une diminution notable de la production de J/psi et on l’appelle la suppression anormale de la résonance J/psi.
La chute anormale du nombre de J/psi a été précisément observée par les équipes des expériences NA38 et NA50 sur le SPS du CERN.
Au quatre angles de l’œuvre sont symbolisés les protons (deux boules rouges pour les quarks up et une boule verte pour le quark down) ainsi que les neutrons (deux boules vertes pour les quarks down et une boule rouge pour le quark up), les flèches en orange symbolisent le déconfinement des quarks qui se retrouvent à l’état libre dans le plasma.
En restant au bord de l’œuvre en alternance avec les deux quarks charmés en orange on aperçoit une particule composée de trois quarks s ou étranges en bleu : il s’agit du baryon étrange ou W. Explication : une fois créé un plasma de quark-gluon s’étend très rapidement en se refroidissant tout aussi vite. La densité d’énergie au sein du plasma décroissant, l’intensité de l’interaction forte entre les quarks augmente en entraînant la recombinaison de ces derniers dans des états liés sous forme de hadrons. Les quarks s ou étranges représentés en bleu marine et à l’état libre au centre de l’œuvre s’assemblent à nouveau au bord de l’œuvre en un baryon étrange W. Une forte augmentation de la production de tels baryons constitue donc une bonne signature d’un plasma de quark-gluon.
Avec cette œuvre nous avons pénétré au cœur de l’infiniment petit au milieu de la « mer » de quarks, nous avons découvert leurs désintégrations et leurs recombinaisons. Je suis heureuse de mettre à la compréhension du grand public et en toute humilité par l’intermédiaire de mon œuvre de peintre, les expériences menées au cœur de la matière.
Decay of J/Psi
Articles on the Internet “did we get a glimpse of the first moments of the Universe? », « The deconfinement of quarks » and « Creation and detection of quark–gluon plasma” have guided me in achieving this paintwork.
Experiments at the CERN in Geneva and at the Brookhaven National Laboratory in the USA recreated similar conditions to those that prevailed in the first moments of the Universe and it is expected to discover a new state of matter: the plasma of quarks and gluons.
In this artwork we imagine that we penetrate inside this plasma and we discover different flavors of quarks : the up quark is represented by red balls, the down quark by green balls, the charm quark by orange balls and the strange quark by navy blue balls. We find in the center of the work this « crowd » of quarks which is so dense that a particle called J/Psi disappears.
Going towards the edge of the painting, we notice this particle symbolized by the two orange balls, it is a charm quark, or c quark, in bright orange and its antiquark c in dark orange. With the Phoenix experience, the production of J/Psi was identified by its decay into a pair of muons: on the painting, two yellow arrows go both from the charm quarks in orange and produce two muons (yellow balls). At the center of the work this particle has disappeared because the charm quark and its antiquark meet much more difficulties to bind and form a J/Psi .
Abnormal fall in the number of J/Psi was observed by teams of NA38 and NA50 experiments at the CERN Super Proton Synchrotron (SPS).
At the four corners of the artwork are symbolized the protons (two red balls for the up quarks and a green ball for the down quark) and the neutrons (two green balls for the down quarks and one red ball for the up quark); the orange arrows symbolize the deconfinement of quarks which are found in the new state of free quarks and gluons.
One can also see at the edge of the work in alternation with two charm quarks in orange, a particle composed of three strange quarks s blue: it is the strange baryon or W because, once created, a quark-gluon plasma s extends very quickly and cools down just as quickly. Quarks combine into bound states of hadrons such as the strange baryon W.
With this artwork we have entered the heart of the « sea » of quarks, we discovered their decays and combinations. In total humility, I am pleased to provide the public with some understanding of the experiments at the heart of matter through my work as a painter.