Une nouvelle particule composée de 4 quarks charmés a été détectée pour la première fois par la collaboration LHCb, au CERN. Ce "tétraquark" permet de mieux comprendre la force qui assure la cohésion du noyau atomique.
Jamais encore une telle bizarrerie n’avait montré le bout de son nez au LHC… Pourtant, en 12 ans de fonctionnement, le grand collisionneur de hadrons a vu passer toutes sortes de particules à travers ses 27 km de circonférence tapis sous la frontière franco-suisse. Mais la nouvellement dénichée est inédite : elle est formée de 4 quarks de la variété charme. Une combinaison qui n’avait jamais encore été observée ! Présenté lors d’un séminaire au Cern, l’article a été signé par près de 900 collaborateurs.
L’existence même de cette particule composite permet de comprendre la manière dont s’associent les quarks, en général. Une question cruciale qui revient à s’interroger sur la structure et la stabilité du noyau atomique. En effet, les quarks s’allient par groupes de trois pour former les protons et neutrons qui composent le noyau atomique. Ainsi un proton est formé de deux quarks up et un quark down, maintenus ensemble par l’interaction forte, cette force qui garantit la cohésion du noyau atomique par échange de "gluons". Le neutron est constitué de deux down et un up… soudés aussi par des gluons.
Penta ou tétraquarks
Mais les physiciens se sont demandés si la nature permettait l’existence de particules composites formées de 4 ou 5 quarks ? Autrement dit, les tétraquarks et les pentaquarks peuvent-ils exister ? Pour la première fois, l’observation menée au détecteur LHCb vient de prouver la possibilité d’un tétraquark. Et pas n’importe lequel ! Car le modèle standard de la physique des particules prédit l’existence de trois familles de particules de plus en plus massives, chacune comprenant deux types de quarks : "up" et "down" appartiennent à la première famille, "charme" et "strange" à la seconde, "top" et "bottom" à la troisième. Le tétraquark observé renferme deux quarks charmes et deux antiquarks charmes, ce qui en fait une association de matière et d’antimatière de 4 particules de la famille plus massive.
Stabilité des atomes
La trace de ce "tétraquark charmé" a été reconnue dans le lot des données enregistrées de 2009 à 2013 et de 2015 à 2018 au détecteur LHCb. Ce dernier fait partie des quatre détecteurs placés sur l’anneau du LHC. Les trois autres étant Alice, Atlas et CMS. Ce sont ces deux derniers qui ont été à l'origine de la découverte du boson de Higgs en 2012. Les physiciens s’interrogent aussi désormais sur la nature de ce tétraquark : s’agit-il d’une paire de particule chacune composée de 2 quarks ou d’une seule formée de 4 quarks ? La réponse permettra de mieux connaître l’interaction forte, garante de la stabilité des atomes.
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