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Le CERN a annoncé mardi la première observation d'une nouvelle catégorie de particules, les pentaquarks. Leur existence avait été postulée il y a 50 ans.

Cette découverte émane de l’expérience LHCb auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHC), indique l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) dans un communiqué. Le pentaquark est composé de quarks, à savoir les constituants fondamentaux des protons et des neutrons, assemblés selon une configuration qui, en plus de cinquante ans de recherches, n’avait encore jamais été observée.

Notre compréhension de la structure de la matière remonte en effet à 1964, quand le physicien américain Murray Gell-Mann a proposé une distinction entre deux catégories de particules: d’une part les baryons, qui comprennent les protons et les neutrons et sont composés de trois objets possédant des charges fractionnaires appelés quarks, et d’autre part les mésons, qui sont composés de paires quark-antiquark.

Gell-Mann a reçu en 1969 le prix Nobel de physique pour ces travaux. Or le modèle des quarks permet aussi l’existence d’autres états composites de quarks, notamment des pentaquarks composés de quatre quarks et d’un antiquark. Jusqu’ici, cependant, aucune observation concluante de l’existence des pentaquarks n’avait été rapportée.

Etats intermédiaires

Les scientifiques de LHCb ont cherché des états pentaquark en examinant la désintégration d’un baryon appelé Lambda b en trois autres particules. L’étude du spectre des masses de ces particules a révélé que leur production faisait parfois intervenir des états intermédiaires.

Grâce aux très nombreuses données fournies par le LHC et à la précision des détecteurs, les scientifiques sont parvenus à la conclusion que ces états intermédiaires ne peuvent être expliqués que par des états de type pentaquark. La prochaine étape de l’analyse consistera à étudier la manière dont les quarks sont liés à l’intérieur des pentaquarks.

Les nouvelles données que LHCb collectera pendant la deuxième période d’exploitation du LHC permettront d’avancer sur ces questions, note le CERN. La collaboration a soumis un article rapportant ces résultats à la revue "Physical Review Letters".

ATS