Des expériences de physique, comme celles menées au CERN, ont montré que le monde est constitué de particules élémentaires. Parmi ces particules, les quarks sont liés entre eux au sein d’autres particules appelées hadrons. Les scientifiques savent que ces constituants élémentaires existent mais ne peuvent décrire exactement comment les quarks forment des protons ou des neutrons. La faute à une caractéristique propre à la force forte, connue sous le nom de confinement. Ce phénomène régit l’interaction des quarks et des gluons (collectivement appelés « partons ») et explique pourquoi les quarks et les gluons n’existent pas en tant que particules libres dans la nature. Leur transformation en hadrons est appelée hadronisation et dépend de l’échelle d'énergie. À haute énergie, la force forte lie très faiblement les quarks, tandis qu’à basse énergie, les quarks interagissent plus fortement et forment alors des hadrons. Déterminer ce qui se passe exactement pendant le processus d’hadronisation reste un mystère, car il est difficile de le décrire mathématiquement et de le mesurer.

Grâce à la collaboration CMS, ce mystère est désormais un peu moins obscur. Une fois produits lors de collisions proton-proton, les partons se propagent sous la forme de cascades (on parle de « cascades partoniques »). Les nouveaux partons forment des hadrons, donnant finalement lieu à une gerbe de particules collimatées appelée « jet ». Ces jets sont produits en abondance dans le LHC. Selon les modèles théoriques, l’énergie des différentes particules à l’intérieur du jet peut fournir des indices sur le processus d’hadronisation. Sur la base des données liées aux collisions proton-proton collectées en 2016, les équipes ont constaté que les mesures concordent bien avec les prédictions théoriques. Elles ont pu suivre le passage des partons aux hadrons depuis la phase des gerbes partoniques, lorsque les quarks et les gluons sont déconfinés, jusqu’à la phase hadronique, lorsque les partons sont confinés à l’intérieur des hadrons.

Comprendre l’évolution de ce processus contribue également à déterminer a_S, la quantité définissant l’intensité de la force forte. Les expérimentateurs ont étudié la manière dont varie a_S en comparant l’énergie et la distance entre les différentes particules à l’intérieur du jet avec l’énergie du jet. Ils ont constaté que le comportement de a_S concordait avec les prédictions théoriques et ont établi sa valeur à l’énergie correspondant à la masse du boson Z. Ces résultats fournissent de nouveaux moyens d'étudier la chromodynamique quantique (QCD) dans les expériences avec collisionneurs et aideront les théoriciens à développer et à valider leurs modèles.