Des physiciens découvrent une nouvelle particule exotique «Tetraquark» que nous n’avons jamais vue auparavant

Il y a une nouvelle particule subatomique exotique sur le broyeur d’atomes. Les physiciens travaillant avec la collaboration du LHCb (Large Hadron Collider Beauty) du CERN ont découvert une nouvelle forme de la particule insaisissable à quatre quarks appelée tétraquark qu’ils n’avaient jamais vue auparavant.

La nouvelle particule identifiée est composée de quatre quarks de la même saveur et est susceptible, selon les scientifiques, d’être la première d’une classe de particules encore inconnue.

Le document le décrivant a été téléchargé sur arXiv, et n’a pas encore fait l’objet d’un examen par les pairs, mais rejoint un nombre croissant de preuves soutenant l’existence de particules exotiques.

Les quarks sont des particules élémentaires qui sont l’un des éléments constitutifs fondamentaux de la matière. Les protons et les neutrons – les particules subatomiques dans les noyaux atomiques qui composent toute la matière visible (y compris nous) – contiennent chacun trois quarks, liés ensemble par la force nucléaire puissante.

Les particules qui contiennent d’autres configurations, telles que les particules à quatre, cinq et six quarks, sont beaucoup plus rares (et les particules à six quarks sont encore hypothétiques). Ces types de particules sont si rares que nous n’avons même eu la confirmation de l’existence des tétraquarks qu’il y a seulement quelques années.

Les quarks peuvent être classés de différentes manières. Il existe six types différents, ou saveurs – ceux-ci sont en haut, en bas, en haut, en bas, étranges et charmants. Chacune de ces saveurs a sa propre particule antiquark. Et ils ont des masses différentes – les quarks du haut, du charme et du bas sont les quarks «lourds».

La configuration du nouveau tetraquark fait deux choses que nous n’avons jamais vues auparavant. Il se compose de quatre quarks de la même saveur; et tous les quatre sont des quarks lourds.

“Les particules composées de quatre quarks sont déjà exotiques, et celle que nous venons de découvrir est la première à être composée de quatre quarks lourds du même type, spécifiquement deux quarks de charme et deux antiquarks de charme,” a déclaré Giovanni Passaleva, physicien et porte-parole sortant du LHCb de l’Institut national de physique nucléaire en Italie.

“Jusqu’à présent, le LHCb et d’autres expériences n’avaient observé que des tétraquarks avec deux quarks lourds au plus, et aucun avec plus de deux quarks du même type.”

La particule inhabituelle a été découverte en revenant sur les données collectées et conservées à partir des deux cycles opérationnels du Large Hadron Collider, d’abord de 2009 à 2013, puis de 2015 à 2018 après d’importantes mises à niveau.

L’équipe a analysé ces données en utilisant une nouvelle technique de recherche de nouvelles particules qui implique la recherche d’un excès d’événements de collision. Les chercheurs ont trouvé cet excès pour un type de particule appelé méson J / ψ, qui se compose de deux quarks – un quark de charme et un antiquark de charme.

Les mésons J / are sont, comme tous les mésons, instables; ils se désintègrent en moins d’un Zepto deuxième, ce qui signifie qu’ils sont difficiles à détecter directement. Ce que nous pouvons détecter, ce sont les particules de muons dans lesquelles les mésons J / ψ se désintègrent et en déduire leur présence de cette façon.

Mais les douches de particules de muons que l’équipe a détectées étaient trop énergiques pour une simple désintégration des mésons J / ψ. Il est intéressant de noter, cependant, qu’ils se trouvaient juste au milieu de la plage d’énergie prévue pour les tétraquarks complètement charmés (car le type de particule est assez charmant), dans le seuil de l’écart-type pour prétendre à la découverte d’une nouvelle particule.

À ce stade, on ne sait toujours pas comment les tétraquarks sont structurés. Il est possible que ce soient de vrais tétraquarks, constitués de quatre quarks étroitement liés entre eux. Mais il est également possible qu’ils soient constitués de paires de particules à deux quarks faiblement liées.

La même possibilité est vraie pour les pentaquarks et les hexaquarks – qu’ils se composent de paires liées de particules plus petites, plutôt que d’une particule étroitement liée.

Découvrir plus de ces particules exotiques – et plus de types de ces particules exotiques, comme cette nouvelle découverte – pourrait aider à percer ce mystère. À son tour, cela pourrait éclairer davantage la force nucléaire puissante qui lie les quarks en protons et neutrons, permettant l’existence de la matière.

“Ces particules lourdes exotiques fournissent des cas extrêmes et pourtant théoriquement assez simples pour tester des modèles qui peuvent ensuite être utilisés pour expliquer la nature des particules de matière ordinaire, comme les protons ou les neutrons”, a déclaré Chris Parkes, physicien des particules et nouveau porte-parole du LHCb de l’Université de Manchester au Royaume-Uni.

“Il est donc très excitant de les voir apparaître dans des collisions au LHC pour la première fois.”

Le document de l’équipe est disponible sur le site Web préimprimé arXiv.

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