Des physiciens de l’expérience LHCb du CERN ont annoncé cette semaine qu’ils avaient observé un pentaquark, un hadron constitué de cinq quarks.
Notre compréhension de la structure de la matière a été révolutionnée en 1964, lorsque le physicien américain Murray Gell-Mann a proposé que des particules appelées baryons (comprenant le proton et le neutron) sont constituées de trois objets très légèrement chargés appelés quarks et qu’une autre catégorie de particules, les mésons, sont formées de paires quark-antiquark. Gell-Mann a reçu le prix Nobel de physique pour cette découverte en 1969.
Ce modèle de quarks permet également l’existence d’autres états de quark composites, comme les pentaquarks composées de quatre quarks et d’un antiquark (image d’entête : Illustration de la configuration éventuelle des quarks dans une particule de pentaquark comme celles découvertes par le LHCb. Les cinq quarks pourraient être étroitement liés (à gauche). Ils pourraient également être assemblés en un méson (un quark et un antiquark) et un baryon (trois quarks), faiblement liés ensemble. © CERN).
Jusqu’à présent, cependant, il n’y avait aucune preuve concluante pour l’existence de pentaquarks.
Selon le Pr Guy Wilkinson, porte-parole du LHCb :
Le pentaquark est non seulement une toute nouvelle particule. Elle représente un moyen d’agréger les quarks, à savoir les constituants fondamentaux des protons et des neutrons ordinaires, dans un modèle qui n’a jamais été observé auparavant dans plus de 50 années de recherches expérimentales.
Etudier ses propriétés peut nous permettre de mieux comprendre comment la matière ordinaire, les protons et les neutrons à partir desquelles nous sommes tous fait, sont constitués.
Les physiciens du LHCb ont cherché les états de pentaquark en examinant la désintégration d’un baryon, connu comme Ab (Lambda b), dans trois autres particules, un 
J / ψ- (J-psi), un proton et un kaon chargé.
L’étude du spectre de masse du J / ψ et du proton a révélé que des états intermédiaires étaient parfois impliqués dans leur production. Ceux-ci ont été nommés Pc (4450) + et Pc (4380) +, le premier étant clairement visible, comme un pic dans les données (ci-contre), ce dernier étant nécessaire pour les décrire complètement.
Selon Tomasz Skwarnicki de l’université de Syracuse et scientifique au LHCb et co-auteur de l’étude sur cette découverte :
Profitant du grand ensemble de données fourni par le Grand collisionneur de hadrons, et l’excellente précision de notre détecteur, nous avons examiné toutes les possibilités pour ces signaux, et de conclure qu’ils ne peuvent être expliqués par les états pentaquark,
Plus précisément les états doivent être formés de deux quarks up, un quark down, un quark charm et un anti-quark charm.
Maintenant, les scientifiques étudient la structure des pentaquarks, pour comprendre exactement comment ils sont liés ensemble. Ce n’est pas la matière noire que les chercheurs du CERN espèrent trouver avec le collisionneur, mais c’est une nouvelle avancée dans la physique des particules.
L’étude pré-publiée sur ArXiv : Observation of J/ψp resonances consistent with pentaquark states in Λ0b→J/ψK−p decays et annoncée sur le site du CERN : CERN’s LHCb experiment reports observation of exotic pentaquark particles.
