Découverte d’une particule exotique jamais vue au CERN
Le projet Large Hadron Collider Beauty (LHCb) a observé pour la première fois une particule exotique composée de quatre quarks charmés.
La collaboration LHCb a permis d’observer un type de particule composée de quatre quarks charmés jamais vus auparavant. Cette découverte, présentée lors d’un récent séminaire au CERN et décrite dans un article publié mercredi 1er juillet, est probablement la première d’une classe de particules jamais vues auparavant par les physiciens.
Cette découverte aidera les physiciens à mieux comprendre les quarks, un type de particule élémentaire qui est un élément fondamental de toute matière. Les quarks se forment ensemble pour former des particules composites appelées hadrons, qui comprennent des protons et des neutrons. Cette nouvelle découverte révolutionnaire peut aider les scientifiques à comprendre la manière complexe dont les quarks se lient entre eux pour former ces composites.
Les quarks se combinent généralement par groupes de deux ou trois pour former des hadrons. Depuis des décennies, cependant, les théoriciens ont prédit l’existence de hadrons à quatre et cinq quarks, parfois décrits comme des tétraquarks et des pentaquarks et, ces dernières années, des expériences, dont le LHCb, ont confirmé l’existence de plusieurs de ces hadrons exotiques.
Ces particules constituées de combinaisons inhabituelles de quarks constituent un « laboratoire » idéal pour étudier l’une des quatre forces fondamentales connues de la nature, la forte interaction qui lie les protons, les neutrons et les noyaux atomiques qui composent la matière. La connaissance détaillée de cette forte interaction est également essentielle pour déterminer si des processus nouveaux et inattendus sont le signe d’une nouvelle physique ou simplement de la physique standard.
« Les particules composées de quatre quarks sont déjà exotiques, et celle que nous venons de découvrir est la première à être composée de quatre quarks lourds du même type, à savoir deux quarks charmés et deux antiquarks charmés », déclare le porte-parole sortant de la collaboration LHCb, Giovanni Passaleva. « Jusqu’à présent, la collaboration LHCb et d’autres expériences n’avaient observé que des tétraquarks avec deux quarks lourds au maximum et aucun avec plus de deux quarks du même type. »
Le nouveau porte-parole de LHCb, Chris Parkes de l’Université de Manchester, a déclaré : « C’est un grand plaisir et un honneur de prendre la relève en tant que porte-parole de LHCb. La collaboration comprend plus de 1400 membres de 19 pays différents, une communauté qui travaille ensemble pour faire avancer nos objectifs scientifiques. L’Université de Manchester et les dix autres institutions du Royaume-Uni jouent un rôle de premier plan dans cette collaboration. »
« La découverte d’aujourd’hui ouvre un autre chapitre passionnant de ce livre scientifique, nous permettant d’étudier notre théorie des particules de matière dans un cas extrême. Cette particule est un cas extrême : il s’agit d’un hadron exotique, contenant quatre quarks plutôt que les deux ou trois des particules de matière conventionnelles, et le premier à contenir des quarks lourds.
L’étude d’un système extrême permet aux scientifiques de tester nos théories. Grâce à l’étude de cette particule, et dans l’espoir de découvrir d’autres particules de cette classe dans le futur, nous testerons notre théorie sur la façon dont les quarks se combinent, qui régit également les protons et les neutrons. »
L’équipe du LHCb a trouvé le nouveau tétraquark en utilisant la technique de chasse aux particules qui consiste à rechercher un excès de collisions, appelé « bosse », sur un fond d’événements lisse. En examinant l’ensemble des données du LHCb provenant des première et deuxième séries de tests du Grand collisionneur de hadrons, qui se sont déroulées respectivement de 2009 à 2013 et de 2015 à 2018, les chercheurs ont détecté une bosse dans la distribution de masse des particules, qui se composent d’un quark et d’un antiquark charmé.
Cette bosse a une signification statistique de plus de cinq écarts types, le seuil habituel pour prétendre à la découverte d’une nouvelle particule, et elle correspond à une masse à laquelle on prévoit l’existence de particules composées de quatre quarks charmés.
Comme pour les précédentes découvertes de tétraquark, il n’est pas tout à fait clair si la nouvelle particule est un « vrai tétraquark », c’est-à-dire un système de quatre quarks étroitement liés entre eux, ou une paire de particules de deux quarks faiblement liées dans une structure de type molécule. Quoi qu’il en soit, le nouveau tétraquark aidera les théoriciens à tester les modèles de la chromodynamique quantique, la théorie de l’interaction forte.
L’article, intitulé Observation of structure in the J/ψ-pair mass spectrum, est publié sur le serveur de préimpression arXiv.
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Source : Phys.org – Traduit par Anguille sous roche
