Les physiciens de la collaboration internationale DZero au Fermilab, le laboratoire du ministère américain de l’énergie spécialisé dans la physique des particules à haute énergie, ont découvert une nouvelle particule subatomique, X(5568), dont le contenu en quark semble être qualitativement différent de la normale.
Représentation schématique de la production de X(5568) avec une désintégration rapide en méson Bs et méson pi et désintégrations ultérieures. Les lignes pointillées indiquent les particules à désintégration rapide. Crédit image : V.M. Abazov et al. / Fermilab.
Les quarks sont des particules élémentaires ponctuelles qui se présentent généralement en paquets de deux ou trois, dont les plus connus sont le proton et le neutron, chacun étant composé de trois quarks.
Il existe six types – ou saveurs – de quarks : haut, bas, étrange, charme, inférieur et supérieur. Chacun d’entre eux a également une contrepartie en antimatière.
La particule tétraquark X(5568) récemment découverte, nommée d’après sa masse – 5568 mégaélectronvolts, contient quatre saveurs distinctes – inférieure, étrange, supérieure et inférieure.
“Il est passionnant de découvrir une particule nouvelle et inhabituelle qui nous aidera à comprendre l’interaction forte – l’une des quatre interactions fondamentales connues en physique”, a déclaré le professeur Iain Bertram, membre de l’équipe de l’Université de Lancaster, au Royaume-Uni.
“La découverte d’un membre unique de la famille des tétraquarks avec quatre saveurs de quark différentes aidera les théoriciens à développer des modèles qui permettront une compréhension plus approfondie de ces particules”, a déclaré le directeur du Fermilab, Nigel Lockyer.
La découverte sera publiée dans le journal Physical Review Letters, mais a été publiée à l’avance sur arXiv.org.
X(5568) se désintègre via l’interaction forte en un Bs et des mésons pi, selon les physiciens de DZero. Le Bs se désintègre en un méson J/psi et un méson phi, qui se désintègrent à leur tour en deux muons et deux kaons, respectivement.
Plusieurs autres particules observées précédemment sont de bons candidats pour être des états tétraquark ou pentaquark, mais elles ont toutes un quark et un antiquark de la même saveur, et leur caractère de particule exotique est donc moins certain.
Les scientifiques ont déclaré que la structure interne détaillée de X(5568) n’est pas encore comprise.
“La prochaine question sera de comprendre comment les quatre quarks sont assemblés”, a déclaré Paul Grannis, co-sponsor de DZero.
“Ils pourraient être une combinaison relativement étroitement liée des quatre quarks et antiquarks, ou bien des structures dans lesquelles deux états quark-antiquark étroitement liés tournent l’un autour de l’autre.”
La mesure des propriétés de la nouvelle particule et des autres candidats tétraquarks – leurs masses, leurs durées de vie, leurs spins et leurs parités, ainsi que les probabilités qu’ils se désintègrent en diverses combinaisons de particules finales – fournira de nouvelles informations précieuses sur la façon dont la force forte lie les quarks (et les antiquarks) en particules observables.
