Les physiciens de la collaboration LHCb du CERN disent avoir observé trois nouvelles particules exotiques – X(4274), X(4500) et X(4700) – et ont également confirmé l’existence d’une quatrième, X(4140). Selon les scientifiques, chacune de ces particules contient deux quarks et deux antiquarks.
Vue du détecteur LHCb. Crédit photo : CERN.
Le modèle du quark, proposé en 1964 par Murray Gell-Mann et George Zweig, est le schéma de classification des hadrons le plus valable à ce jour.
Dans ce modèle, les hadrons sont classés en fonction de leur contenu en quark.
Cependant, le mystère a longtemps plané sur le fait que tous les hadrons observés étaient formés soit par une paire de quark-antiquark, soit par trois quarks seulement.
Mais, au cours de la dernière décennie, les physiciens ont trouvé des preuves de l’existence de particules formées par plus de trois quarks.
Par exemple, en 2009, les physiciens travaillant sur la collaboration expérimentale Collider Detector at Fermilab (CDF) ont trouvé l’une d’entre elles – la particule tétraquark X(4140).
Ce résultat a été confirmé ultérieurement par une nouvelle analyse du CDF, ainsi que par la collaboration CMS du CERN et l’expérience DØ du Fermilab.
Néanmoins, jusqu’à présent, les nombres quantiques X(4140) n’ont pas été entièrement déterminés, et cette ambiguïté a exposé l’explication théorique à l’incertitude.
Les physiciens de l’expérience LHCb (pour ‘Large Hadron Collider beauty’) ont déterminé les nombres quantiques X(4140) avec une grande précision.
Ce résultat a un impact important sur les interprétations théoriques possibles, et exclut en effet certaines des théories proposées précédemment sur sa nature.
L’observation des particules tétraquarks X(4274), X(4500) et X(4700) a été annoncée pour la première fois.
Cette image montre les données (points noirs) de la distribution de masse résultant de l’association des mésons J/ψ et φ, où la contribution des particules exotiques X(4140), X(4274), X(4500) et X(4700) est mise en évidence par les quatre structures de pointe en bas. Crédit image : CERN.
Même si X(4140), X(4274), X(4500) et X(4700) contiennent la même composition de quark, ils ont chacun une structure interne unique, une masse et leurs propres ensembles de nombres quantiques.
L’intérêt de ces quatre états réside également dans le fait qu’ils sont les seuls candidats exotiques connus qui ne contiennent pas de quarks u et d, qui sont les quarks les plus légers et ceux dont sont constitués les êtres humains et la matière qui nous entoure. En tant que telles, elles peuvent être plus étroitement liées que d’autres particules exotiques.
Les résultats sont basés sur une analyse détaillée de la désintégration d’une particule de B+ en mésons appelés J/ψ, φ et K+où les nouvelles particules apparaissent comme des particules intermédiaires se désintégrant en une paire de mésons J/ψ et φ.
Pour mener à bien ces recherches, les scientifiques du LHCb ont utilisé l’ensemble des données recueillies lors du premier cycle du LHC, de 2010 à 2012. Le grand rendement du signal collecté efficacement avec le détecteur LHCb a permis aux scientifiques de découvrir ces trois nouvelles particules qui ressortaient des données.
“L’analyse du LHCb permet d’observer clairement le X(4140) et indique une particule de masse similaire mais de plus grande largeur que les mesures antérieures de CDF, CMS et DØ “, ont déclaré les scientifiques.
Il est important de souligner que la simple “chasse aux bosses” dans les spectres de masse ne suffit pas pour connaître la nature de structures hadroniques aussi complexes. Au contraire, une analyse multidimensionnelle de l’amplitude totale est cruciale pour l’interprétation des données et a permis à LHCb de caractériser complètement les particules et de déterminer leur nombre quantique”, ont-ils expliqué.
Les chercheurs ont discuté de leurs résultats dans une paire d’articles (paper1 & ; paper2) soumis au journal Physical Review Letters et le journal Physical Review D.
