Des physiciens de la collaboration LHCb du CERN ont découvert une nouvelle particule tétraquark, nommée X(6900), composée de deux quarks et deux antiquarks charmants.
X(6900), une particule tétraquark composée de deux quarks de charme et de deux antiquarks de charme. Crédit image : CERN.
Les quarks sont des particules élémentaires ponctuelles qui se présentent généralement sous forme de paquets de deux (mésons) ou de trois (baryons), 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’eux a également une contrepartie en antimatière.
Dans leurs articles fondamentaux de 1964, les physiciens américains Murray Gell-Mann et George Zweig ont proposé le modèle du quark et ont mentionné la possibilité d’ajouter une paire quark-antiquark à une configuration minimale de quark méson ou baryon pour former des tétra- et pentaquarks.
Il a cependant fallu 50 ans pour que les physiciens obtiennent des preuves expérimentales non ambiguës de l’existence de ces particules exotiques.
En avril 2014, la Collaboration LHCb a publié des mesures qui ont démontré que le Z(4430)+ est composée de quatre quarks.
Un an plus tard, les physiciens du LHCb ont rapporté l’observation de deux pentaquarks, Pc(4450)+ et Pc(4380)+.
“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, plus précisément deux quarks de charme et deux antiquarks de charme”, a déclaré le Dr Giovanni Passaleva, porte-parole sortant de la collaboration LHCb.
“Jusqu’à présent, le 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.”
L’équipe de LHCb a trouvé le tétraquark X(6900) en utilisant la technique de chasse aux particules qui consiste à rechercher un excès d’événements de collision, appelé ” bosse “, par rapport à un fond lisse d’événements.
En passant au crible les ensembles de données LHCb complets des premier et deuxième passages du Grand collisionneur de hadrons, qui ont eu lieu respectivement de 2009 à 2013 et de 2015 à 2018, ils ont détecté une bosse dans la distribution de masse d’une paire de particules J/ψ, qui se compose d’un quark de charme et d’un antiquark de charme.
La 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 prédit l’existence de particules composées de quatre quarks de charme.
“Ces particules lourdes exotiques constituent des cas extrêmes et pourtant théoriquement assez simples pour tester des modèles qui pourront ensuite être utilisés pour expliquer la nature des particules de matière ordinaire, comme les protons ou les neutrons”, a déclaré Chris Parkes, le nouveau porte-parole de la collaboration LHCb.
“Il est donc très excitant de les voir apparaître dans des collisions au Grand collisionneur de hadrons pour la première fois.”
La découverte est décrite dans un article posté sur le site web de la collaboration LHCb. arXiv.org preprint server.
