Les physiciens de l’expérience LHCb (Large Hadron Collider beauty) du CERN ont annoncé aujourd’hui la découverte de deux nouvelles particules baryoniques, nommées Ξb’- et Ξb*-.
Les résultats de l’expérience LHCb mettent en évidence l’existence de deux nouvelles particules, Ξb’- (premier pic) et Ξb*- (deuxième pic), avec un niveau de confiance élevé de 10 sigma. Crédit image : expérience LHCb / CERN.
Comme les protons que le Large Hadron Collider (LHC) accélère, les nouvelles particules sont des baryons constitués de trois quarks (quark beau, quark étrange et quark bas) liés entre eux par la force forte.
Leur existence était prédite par le modèle des quarks mais n’avait jamais été observée auparavant. Une particule apparentée, Ξb*0, a été découverte par des scientifiques de l’expérience CMS du CERN en 2012.
Grâce aux quarks b lourds, Ξb’- et Ξb*- sont plus de six fois plus massifs que le proton.
Mais les particules sont plus que la somme de leurs parties : leur masse dépend également de la façon dont elles sont configurées. Chacun des quarks possède un attribut appelé “spin”.
Dans l’état Ξb’-, les spins des deux quarks les plus légers pointent dans des directions opposées, alors que dans l’état Ξb*-, ils sont alignés. Cette différence rend le Ξb*- un peu plus lourd.
“C’est un résultat très excitant. Grâce à l’excellente identification des hadrons de LHCb, qui est unique parmi les expériences du LHC, nous avons pu séparer un signal très propre et fort du bruit de fond. Cela démontre une fois de plus la sensibilité et la précision du détecteur LHCb”, a déclaré Steven Blusk, membre de l’équipe de l’université de Syracuse (New York).
“La nature a été généreuse et nous a donné deux particules pour le prix d’une. Le Ξb’- a une masse très proche de la somme de ses produits de désintégration : s’il avait été un peu plus léger, nous ne l’aurions pas vu du tout en utilisant la signature de désintégration que nous recherchions”, a déclaré le Dr Matthew Charles, membre de l’équipe, du laboratoire LPNHE du CNRS à l’Université Paris VI.
En plus des masses de ces particules, les physiciens ont étudié leurs taux de production relatifs, leurs largeurs – une mesure de leur instabilité – et d’autres détails de leurs désintégrations.
Le résultat montre l’extraordinaire précision dont est capable le LHCb : la différence de masse entre le Ξb’- et le Ξb0 est mesurée avec une incertitude de 0,02 MeV/c2, soit moins de quatre millionièmes de la masse totale du Ξb0.
En observant ces particules et en mesurant leurs propriétés avec une telle précision, les physiciens de LHCb soumettent à un test rigoureux les modèles de la chromodynamique quantique (CDQ) non perturbative, qui fait partie du modèle standard de la physique des particules.
Les théoriciens pourront utiliser ces mesures comme point d’ancrage pour les prédictions futures.
“Si nous voulons trouver une nouvelle physique au-delà du modèle standard, nous devons d’abord avoir une image précise. Ces études de haute précision nous aideront à faire la différence entre les effets du modèle standard et tout ce qui est nouveau ou inattendu à l’avenir”, a déclaré le Dr Patrick Koppenburg, membre de l’équipe de l’Institut Nikhef à Amsterdam.
La découverte est détaillée dans un article soumis au journal Physical Review Letters (préimpression arXiv.org).
