Des physiciens de l’expérience LHCb du CERN ont annoncé aujourd’hui l’observation d’un pentaquark, un hadron composé de cinq quarks.
Illustration de la disposition possible des quarks dans une particule pentaquark telle que celles découvertes au LHCb. Crédit image : CERN.
Notre compréhension de la structure de la matière a été révolutionnée en 1964 lorsque le physicien américain Murray Gell-Mann a proposé que les particules connues sous le nom de baryons soient composées de trois objets chargés de manière fractionnée appelés quarks, et qu’une autre catégorie de particules, les mésons, soit formée de paires quark-antiquark. Gell-Mann a reçu le prix Nobel de physique pour ces travaux en 1969.
Ce modèle de quark permet également l’existence d’autres états composites de quark, comme les pentaquarks composés de quatre quarks et d’un antiquark.
Jusqu’à présent, cependant, aucune preuve concluante de l’existence de pentaquarks n’avait été observée.
“Le pentaquark n’est pas n’importe quelle nouvelle particule. Il représente un moyen d’agréger les quarks, à savoir les constituants fondamentaux des protons et des neutrons ordinaires, selon un schéma qui n’a jamais été observé auparavant en plus de 50 ans de recherches expérimentales”, a déclaré le Dr Guy Wilkinson, porte-parole de LHCb.
“L’étude de ses propriétés pourrait nous permettre de mieux comprendre comment la matière ordinaire, les protons et les neutrons dont nous sommes tous faits, est constituée.”
Les physiciens du LHCb ont recherché des états de pentaquark en examinant la désintégration d’un baryon connu sous le nom de Λ.b (Lambda b) en trois autres particules, un J/ψ– (J-psi), un proton et un kaon chargé.
L’étude du spectre des masses du J/ψ et du proton a révélé que des états intermédiaires étaient parfois impliqués dans leur production.
Ceux-ci ont été nommés Pc(4450)+ et Pc(4380)+le premier étant clairement visible comme un pic dans les données, le second étant nécessaire pour décrire complètement les données.
“Grâce à l’important ensemble de données fourni par le Grand collisionneur de hadrons et à l’excellente précision de notre détecteur, nous avons examiné toutes les possibilités pour ces signaux et conclu qu’ils ne peuvent être expliqués que par des états pentaquarks “, a déclaré le Dr Tomasz Skwarnicki de l’Université de Syracuse, scientifique de LHCb et co-auteur d’un article soumis à la revue Physical Review Letters (préimpression arXiv.org).
“Plus précisément les états doivent être formés de deux quarks up, un quark down, un quark charm et un quark anti-charm.”
