Des physiciens découvrent des états de pentaquarks et des signes d’une nouvelle matière
Les scientifiques pensaient autrefois que l’atome était la plus petite chose de l’univers, mais ils ont ensuite découvert des particules telles que les protons, les neutrons et les électrons, pour s’apercevoir ensuite qu’il existe des éléments de construction encore plus petits. Les quarks et les gluons sont, dans l’état actuel de nos connaissances, les blocs de construction fondamentaux de l’univers, des particules subatomiques beaucoup plus petites et opérant à des niveaux d’énergie beaucoup plus élevés que les protons et les neutrons, qui sont classés comme des hadrons.
Image d’entête : représentation d’un pentaquark, quatre quarks et un antiquark. (CERN)
Petit rappel. (CERN/ Wikimedia)
Les quarks se combinent dans diverses configurations pour former des hadrons. Pratiquement toute la matière observable est composée de quarks up, de quarks down et d’électrons, et chaque proton et chaque neutron contient trois quarks.
Aujourd’hui, des physiciens de l’université de Pittsburgh (Etats-Unis) et de l’université de Swansea (Royaume-Uni) ont analysé les chiffres d’une récente expérience menée au CERN, le plus puissant collisionneur de particules au monde, et ils ont trouvé des preuves de l’existence d’états pentaquarks. Essentiellement, les données laissent entrevoir de nouveaux types de matière formés par quatre quarks et un antiquark.
Les hadrons sont expliqués par la théorie de la chromodynamique quantique, un cadre de physique des hautes énergies proposé pour la première fois dans les années 1970, qui décrit les interactions fortes et les forces nucléaires. Mais le problème est que ce cadre laisse de nombreuses questions épineuses et sans réponse sur le fonctionnement interne des quarks et la dynamique complexe qui donne lieu aux forces nucléaires.
Selon Eric Swanson, de l’université de Pittsburgh :
La chromodynamique quantique est l’enfant à problèmes du modèle standard. Apprendre ce qu’elle dit sur les hadrons nécessite de faire tourner les ordinateurs les plus rapides du monde pendant des années, ce qui rend difficile de répondre aux dizaines de questions que cette seule expérience soulève.
Pendant longtemps, le consensus était que tous les hadrons sont soit une combinaison d’un quark et d’un antiquark, soit des combinaisons de trois quarks. Puis, en 2003, des physiciens de l’expérience Belle, à Tsukuba, au Japon, ont découvert le premier pentaquark, que l’on a appelé « X » parce que tout en lui semblait non conventionnel. X est une combinaison de deux quarks et de deux antiquarks. Peu après, un état tout aussi mystérieux, mais différent est apparu à l’expérience BaBar du Laboratoire national de l’accélérateur SLAC et il a été désigné sous le nom de « Y ». Les autres états exotiques observés à Belle et BESIII ont été baptisés « Z » et, plus récemment, les tétraquarks découverts au LHCb ont été étiquetés « T ».
Le monde de la physique des particules est de plus en plus encombré, avec plus de deux douzaines de pentaquarks et de tétraquarks découverts à ce jour, chacun d’entre eux étant unique et possédant des qualités particulières. La dernière particule à figurer sur la liste a été découverte par cette nouvelle étude à la suite de l’examen par les physiciens d’une particule lourde appelée Lambda b qui se désintègre en particules plus légères, dont le proton bien connu et le célèbre méson J/Ψ, découvert en 1974.
En juillet 2022 :
La désintégration observée par les chercheurs ne peut s’expliquer que par l’existence d’un nouveau type de matière.
SelonTim Burns de l’université de Swansea :
Nous avons un modèle qui explique magnifiquement les données et qui, pour la première fois, intègre toutes les contraintes expérimentales. L’explication requiert l’existence de plusieurs nouvelles particules composées de quatre quarks et d’un antiquark, appelés « pentaquarks ».
Il n’y a vraiment aucune autre façon d’interpréter les données, les états pentaquarks doivent exister.
L’étude publiée dans Physical Review : Production of Pc states in Λb decays.
