Le CERN découvre trois nouvelles particules

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ScienceLe CERN découvre trois nouvelles particules

Dix ans après la découverte du boson de Higgs et à peine redémarré, l’accélérateur LHC a ajouté trois objets exotiques à son zoo de particules.

par
Michel Pralong
Le nouveau pentaquark, une paire d’hadrons classiques faiblement liés dans une structure comparable à celle d’une molécule, est composé d’un quark c et d’un antiquark c, et d’un quark u, d’un quark d et d’un quark s.

Le nouveau pentaquark, une paire d’hadrons classiques faiblement liés dans une structure comparable à celle d’une molécule, est composé d’un quark c et d’un antiquark c, et d’un quark u, d’un quark d et d’un quark s.

CERN

Cela n’a pas traîné. L’accélérateur de particules du CERN, le fameux LHC a été redémarré mardi 4 juillet, parallèlement à l’anniversaire des 10 ans de la découverte du boson de Higgs. Et le 5 juillet, les scientifiques annonçaient qu’ils avaient découvert trois nouvelles particules «exotiques».

L’idée de ces expériences est de comprendre comment est formée la matière, au niveau le plus infinitésimal, ce qui peut également nous aider à comprendre comment s’est formé l’univers. Le fameux boson de Higgs est appelé également particule de Dieu, parce qu’au début de l’univers, les particules n’avaient pas de masse. Elles en ont acquis une, permettant ainsi la formation de planètes et d’étoiles, grâce au champ de Higgs et donc du boson qui lui est associé. Son existence avait été théorisée en 1964 mais prouvée en 2012 seulement.

Un zoo 2.0

Pareil pour les nouvelles particules découvertes au CERN. Ces particules exotiques ont été prédites il y a plus d’un demi-siècle mais elles ne sont découvertes que depuis une vingtaine d’années grâce au LHC. «Plus nous effectuons d’analyses, plus nous trouvons de types d’hadrons exotiques, explique dans un communiqué Niels Tuning, coordinateur de la physique de l’expérience LHCb (LHC beauty). Nous vivons actuellement une époque de découvertes semblable à celle que nous avons connue dans les années 1950, lorsque l’on a commencé à découvrir un véritable «zoo de particules» – en l’occurrence des hadrons. C’est ainsi qu’a été élaboré, dans les années 1960, le modèle à quarks pour les hadrons classiques. Nous sommes en train de créer un «zoo de particules 2.0».

Les hadrons sont une grande famille de particules composites contenant elle-même plusieurs sous-familles dont les exemples les plus connus sont les nucléons, c’est-à-dire les protons et les neutrons formant les noyaux des atomes. Le H de LHC leur correspond: Large Hadron Colliser, ou grand collisionneur d’hadrons. Les neutrons et les protons sont eux-mêmes composés de particules plus petites, les quarks, ils en ont trois chacun.

Mais les particules exotiques découvertes en ont un nombre différent. Les trois révélées cette semaine sont un nouveau type de «pentaquark» (avec cinq quarks) et la première paire de «tétraquarks» (quatre quarks) jamais détectée, comportant un nouveau type de tétraquark. Les quarks se déclinent en six «saveurs» : up (u), down (d), charme (c), étrange (s), top (t) et bottom (b).

Le nouveau pentaquark découvert est composé d’un quark c et d’un antiquark c, et d’un quark u, d’un quark d et d’un quark s. C’est la première fois qu’on trouve un pentaquark contenant un quark s.

Les deux nouveaux tétraquarks, prenant la forme d’unités isolées de quarks étroitement liés. L’une des particules est composée d’un quark c, d’un antiquark s, d’un quark u et d’un antiquark d (à gauche), et l’autre est constituée d’un quark c, d’un antiquark s, d’un antiquark u et d’un quark d (à droite).

Les deux nouveaux tétraquarks, prenant la forme d’unités isolées de quarks étroitement liés. L’une des particules est composée d’un quark c, d’un antiquark s, d’un quark u et d’un antiquark d (à gauche), et l’autre est constituée d’un quark c, d’un antiquark s, d’un antiquark u et d’un quark d (à droite).

CERN

Le deuxième type observé est un tétraquark doublement chargé électriquement. Il s’agit d’un tétraquark à charme apparent composé d’un quark c, d’un antiquark s, d’un quark u et d’un antiquark d. Il a été observé avec son homologue neutre. Il s’agit de la première observation d’une paire de tétraquarks. Ces nouvelles structures découvertes n’existent que pendant un cent millième de milliardième de milliardième de seconde, précise le «Daily Mail».

«Trouver de nouveaux types de tétraquarks et de pentaquarks, et mesurer leurs propriétés, cela aidera les théoriciens à élaborer un modèle unifié des hadrons exotiques, même si la nature exacte de ce modèle est largement inconnue, explique Chris Parkes, porte-parole de LHCb. Cela aidera également à mieux comprendre les hadrons classiques».

Alors que certains modèles théoriques décrivent les hadrons exotiques comme des unités isolées constituées de quarks étroitement liés, d’autres modèles les envisagent comme des paires d’hadrons standards faiblement liés dans une structure comparable à celle d’une molécule. Seuls le temps et d’autres études sur les hadrons exotiques permettront de déterminer quel modèle, ou quels modèles, il faut retenir.

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