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Découverte au CERN d’une particule exotique encore jamais vue

Illustration d'un tétraquark composé de deux quarks c et de deux antiquarks c. Crédits : CERNpress

Une équipe du CERN annonce avoir observé un nouveau type de particule composé de quatre quarks. Une découverte qui pourrait aider à mieux comprendre les façons dont les quarks, sous l’effet de la force forte, se lient les uns aux autres pour former des protons et des neutrons, présents dans les noyaux des atomes.

Les quarks des particules élémentaires à la base de toute forme de matière observable (ou baryonique). Ces particules se rassemblent pour former ce que les physiciens appellent des hadrons, qui comprennent des protons et des neutrons, présents dans les noyaux atomiques.

Autrement dit, si vous aviez la capacité de zoomer sur toutes les formes de matière observable, les plus petits composants, in fine, seraient les quarks.

Une particule exotique encore jamais vue

Pour former ces fameux hadrons, les quarks se combinent généralement en groupes de deux et de trois. Pendant longtemps, cependant, les physiciens ont théorisé l’existence de hadrons à quatre quarks (tétraquarks) et à cinq quarks (pentaquarks). Au cours de ces dernières années, des expériences menées au LHC ont confirmé l’existence de plusieurs de ces hadrons dits “exotiques”.

Une équipe du LHC annonce aujourd’hui la découverte d’une autre de ces particules. D’après l’étude, publiée sur le serveur de préimpression arXiv, elle se composerait elle aussi de quatre quarks, à la différence qu’il s’agirait ici de quatre quarks lourds du même type : deux quarks charmés et leur antiquarks.

Jusqu’à présent nous n’avions observé que des tétraquarks avec deux quarks lourds au plus, et aucun avec plus de deux quarks du même type, explique le porte-parole sortant du Collaboration LHCb, Giovanni Passaleva. L’étude d’un système aussi nous permettra de tester nos théories sous contrainte“.

Ces particules constituées de combinaisons inhabituelles de quarks se présentent en effet comme de véritables “laboratoires” permettant aux chercheurs d’étudier l’une des quatre forces fondamentales connues de la nature, essentielle à la liaison de ces particules.

LHC Grand collisionneur hadrons
Le LHC, le plus grand accélérateur de particules du monde situé sous la frontière franco-suisse. Crédits : Wikimedia Commons / CERN

Concrètement, l’équipe du LHCb explique avoir isolé ce nouveau tétraquark grâce à une technique visant à rechercher un “excès d’événements de collision”, aussi connu sous le nom de “bosse”, sur un fond lisse d’événements.

En parcourant plusieurs ensemble de données recueillies par le Grand collisionneur de hadrons de 2009 à 2013 et de 2015 à 2018, les physiciens ont alors détecté l’une de ces “bosses” dans la distribution de masse des particules.

Cette bosse aurait une signification statistique de plus de cinq écarts-types, qui le seuil habituel pour revendiquer la découverte d’une nouvelle particule. En outre, sa masse paraît convenir à celle, théorisée, des particules composées de quatre quarks charmés.

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