Les physiciens de la collaboration LHCb (Large Hadron Collider beauty) du CERN ont annoncé cette semaine la découverte d’une nouvelle particule pentaquark, Pc(4312)+, se décomposant en un proton et un méson J/ψ, une particule composée d’un quark de charme et d’un antiquark de charme.
Illustration de la disposition possible des quarks dans une particule pentaquark telle que celle découverte par la collaboration LHCb ; les cinq quarks peuvent être étroitement liés ou assemblés différemment. Crédit image : CERN.
Dans le modèle classique du quark, les particules à forte interaction connues sous le nom de hadrons sont formées soit de paires quark-antiquark (mésons), soit de trois quarks (baryons). Les particules qui ne peuvent être classées dans ce schéma sont appelées hadrons exotiques.
Dans son article fondamental de 1964, dans lequel il propose le modèle du quark, le physicien américain Murray Gell-Mann mentionne la possibilité d’ajouter une paire quark-antiquark à une configuration minimale de mésons ou de baryons quark.
Il a cependant fallu 50 ans pour que les scientifiques obtiennent des preuves expérimentales non ambiguës de l’existence de ces hadrons exotiques.
En juillet 2015, la collaboration LHCb a rapporté la découverte de la configuration Pc(4450)+ et Pc(4380)+ structures de pentaquark.
La nouvelle particule est un compagnon plus léger de ces structures pentaquarks et son existence jette une nouvelle lumière sur la nature de la famille entière.
“Jusqu’à présent, nous pensions qu’un pentaquark était constitué de cinq particules élémentaires (quarks), collées ensemble. Nos résultats prouvent le contraire”, a déclaré Tomasz Skwarnicki, professeur à l’université de Syracuse et membre de la collaboration LHCb.
La nouvelle analyse a utilisé près de 10 fois plus de données provenant du Grand collisionneur de hadrons que l’analyse de 2015.
” Les dernières données de LHCb ont utilisé un faisceau d’énergie presque deux fois plus puissant. Cette méthode, combinée à des critères de sélection des données plus raffinés, a permis de produire un plus grand éventail de collisions de protons”, a déclaré le professeur Skwarnicki.
“Elle nous a également donné 10 fois plus de données et nous a permis d’observer des structures de pentaquark plus clairement qu’auparavant. Ce que nous pensions être un seul pentaquark s’est avéré être deux pentaquarks étroits, avec peu d’espace entre eux.”
Le nouvel ensemble de données a d’abord été analysé de la même manière qu’auparavant et les paramètres de la structure Pc(4450)+ et Pc(4380)+ sont cohérentes avec les résultats originaux.
En plus de révéler la nouvelle structure Pc(4312)+ l’analyse a également mis en évidence une structure plus complexe de Pc(4450)+ consistant en deux pics étroits se chevauchant, Pc(4440)+ et Pc(4457)+.
Des études expérimentales et théoriques supplémentaires sont encore nécessaires pour bien comprendre la structure interne des états observés.
“Les pentaquarks ne jouent peut-être pas un rôle important dans la matière dont nous sommes constitués, mais leur existence peut affecter de manière significative nos modèles de la matière trouvée dans d’autres parties de l’Univers, comme les étoiles à neutrons”, a déclaré le professeur Skwarnicki.
Les physiciens de LHCb ont présenté leurs résultats cette semaine à l’occasion de la conférence de l’Union européenne sur l’astronomie. QCD & ; Interactions à haute énergie session de la conférence 54ème conférence des Rencontres de Moriond à La Thuile, Italie.
