Quark de charme : le CERN découvre une nouvelle particule, le tétraquark
Le CERN a annoncé la découverte d’une nouvelle particule physique créée à partir de quatre quarks charmé (ou de charme), le « tétraquark ».
Bien que cette découverte marque une avancée majeure dans un processus de recherche qui a duré plusieurs décennies, le document qui la décrit n’a pas encore été examiné par des pairs, alors prenez-le avec des pincettes. Il est cependant signé par plus de 800 chercheurs, dans le cadre de la collaboration LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment) à l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), et il a été « présenté lors d’un récent séminaire ».
Image d’entête : illustration d’un tétraquark composé de deux quarks de charme et de deux antiquarks de charmes, détectés pour la première fois par la collaboration LHCb au CERN. (CERN)
Comme il s’agit d’une découverte récente, nous ne savons pas grand-chose sur le tétraquark lui-même. Cependant, il devrait nous aider à mieux comprendre comment les quarks se lient entre eux pour former des particules telles que des protons ou des neutrons.
Les quarks sont des particules élémentaires, c’est-à-dire, pour autant qu’on puisse le vérifier, ce dont tout est fait. Nous les avons observés se rassembler en groupes de deux et trois pour former des hadrons. Nous avons également émis la théorie qu’il existe des hadrons de 4 et 5 quarks.
Selon Giovanni Passaleva, porte-parole de la collaboration LHCb :
Les particules composées de quatre quarks sont déjà exotiques, et celui que nous venons de découvrir est le premier à être composé de quatre quarks lourds du même type, à savoir deux quarks de charme et deux antiquarks de charme.
Jusqu’à présent, LHCb et d’autres expériences n’avaient observé que des tétraquarks avec deux quarks lourds au maximum et aucun avec plus de deux quarks du même type.
Ces particules inhabituelles constituent un « laboratoire » idéal pour étudier l’interaction forte, l’une des quatre forces fondamentales connues de la nature. L’interaction forte est ce qui lie les particules élémentaires entre elles pour former des atomes et de la matière. Une meilleure interprétation de l’interaction forte pourrait nous permettre de mieux estimer quelles particules devraient et ne devraient pas pouvoir se former dans des conditions normales.
Le nouveau tétraquark est idéal de ce point de vue, car c’est une particule relativement simple contre laquelle nous pouvons tester nos modèles actuels. Il n’est pas encore clair s’il s’agit d’un « vrai tétraquark » ou non, c’est-à-dire s’il s’agit d’une particule de quatre quarks ou de deux particules de deux quarks interagissant à l’état de molécule.
L’équipe a trouvé ce tétraquark en recherchant des « pics/ bosses », c’est-à-dire un excès de collisions par rapport à une valeur de fond connue, dans les enregistrements de la première et de la deuxième série du Grand collisionneur de hadrons, obtenus respectivement de 2009 à 2013 et de 2015 à 2018. Cette bosse a une signification statistique de plus de cinq écarts-types, ce qui, expliquent les chercheurs, est le seuil habituel pour prétendre à la découverte d’une nouvelle particule. La bosse correspond également à la masse prévue des particules à quatre quark charmé.
Les travaux en prépublication dans arXiv : Observation of structure in the J/ψ-pair mass spectrum et présentée sur le site du CERN : LHCb discovers a new type of tetraquark at CERN et sur le site du LHCb : Observation of a four-charm-quark tetraquark.