1er août 2016
LHCb dévoile de nouvelles particules exotiques

La collaboration LHCb annonce avoir observé trois nouvelles particules et confirmé l’existence d’une quatrième. Il s’agirait de tétraquarks, c’est-à-dire de particules formées chacune de deux quarks et deux antiquarks. En raison de leur composition non standard, ces nouvelles particules ont été classées dans la vaste catégorie des particules “exotiques”, et leur interprétation théorique exacte reste à l’étude.

Dans le modèle des quarks, proposé en 1964 par Murray Gell-Mann et George Zweig, les hadrons sont classés en fonction de leur composition en quarks. Bien que la chromodynamique quantique prédise des états plus complexes, les seuls hadrons observés jusque-là étaient soit formés d’une paire quark-anti-quark (les mésons), soit de trois quarks (les baryons). Au cours de la dernière décennie, plusieurs collaborations ont trouvé des indices de l’existence de particules formées de plus de trois quarks : en 2009, la collaboration Collider Detector at Fermilab (CDF) avait découvert l’une d’elles, appelée X(4140), le nombre entre parenthèses correspondant à la masse reconstruite de la particule en mégaélectronvolts. Ce résultat a ensuite été confirmé par une nouvelle analyse, puis par les collaborations CMS et DZero (DZero - ou DØ - est une collaboration internationale qui se situe au Laboratoire national de l’accélérateur Fermi du Fermilab dans l’Illinois, États-Unis).

Toutefois, les nombres quantiques de la particule X(4140) – qui caractérisent les propriétés d’une particule donnée – n’étaient, jusqu’à présent, pas tous connus. Grâce à la collaboration LHCb, ces nombres ont pu être déterminés avec une grande précision, ce qui a permis de mieux cerner les interprétations théoriques possibles et d’exclure certaines des théories qui étaient proposées précédemment sur la nature de la particule.

Trois particules détectées pour la première fois

Alors que la particule X(4140) avait déjà été observée, c’est la première fois que l’on détecte trois autres particules exotiques, aux masses plus élevées, appelées X(4274), X(4500) et X(4700). Si les quatre particules présentent toutes la même composition en quarks, elles ont chacune une structure interne et une masse particulières, ainsi que leurs propres ensembles de nombres quantiques.

Les résultats reposent sur une analyse approfondie de la désintégration d’un méson B+ en mésons appelés J/ ?, ? et K+, les nouvelles particules apparaissant comme des particules intermédiaires qui se désintègrent en une paire de mésons J/ ? et ?. Les résultats obtenus par la collaboration LHCb reposent sur une analyse approfondie de l’ensemble des données recueillies durant la première période d’exploitation du LHC ("Run 1"), de 2010 à 2012. Grâce au grand nombre d’événements enregistrés par le détecteur LHCb durant cette période, la collaboration a pu découvrir ces quatre nouvelles particules qui viennent s’ajouter aux deux premiers pentaquarks découverts par la collaboration l’année dernière.

Références bibliographiques :
- “Observation of J/ ?? structures consistent with exotic states from amplitude analysis of B+ ?J/ ??K+ decays”, Collaboration LHCb : R. Aaij et al.
- “Amplitude analysis of B+ ?J/ ??K+ decays”, Collaboration LHCb : R. Aaij et al.

En savoir plus :
- Actualité complète publiée dans le Bulletin du Cern

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- Actualité complète publiée dans le Bulletin du Cern

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