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mercredi 15 juillet 2015

Une nouvelle catégorie de particules découverte: Le pentaquark



Illustration d'un autre agencement possible : les cinq quarks pourraient être liés étroitement. Illustration d'un agencement possible dans un pentaquark : cinq quarks pourraient être liés étroitement.  Photo :  CERN
Une autre percée importante a été réalisée grâce au plus grand accélérateur de particules du monde, le LHC, de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN). 
Des expériences ont permis de découvrir une catégorie de particules encore inconnue, dont l'existence était soupçonnée, mais n'avait jamais été vérifiée.
Leur nom : les pentaquarks. Ils sont composés de quarks, à savoir les constituants fondamentaux des protons et des neutrons, assemblés selon une configuration qui, en plus de cinquante ans de recherches expérimentales, n'avait encore jamais été observée.
« L'étude de ses propriétés pourrait nous permettre de mieux comprendre comment est constituée la matière ordinaire, c'est-à-dire les protons et les neutrons dont nous sommes tous composés. » — Guy Wilkinson
L'annonce de cette percée survient quelques semaines seulement après la réouverture du LHC, le 3 juin, après deux ans de réparations et de mises à niveau.
Cette nouvelle phase d'expériences est réalisée avec une énergie presque doublée par rapport à celle atteinte lors de la première période d'exploitation qui avait duré trois ans et qui avait permis de confirmer en 2012 l'existence du boson de Higgs, considéré comme la clé de voûte de la structure fondamentale de la matière.
Le LHC est enfoui à quelque 100 mètres sous terre et est constitué d'un grand anneau.
Illustration d'un autre agencement possible des quarks dans une particule pentaquark. Les cinq quarks pourraient être rassemblés en un méson (un quark et un antiquark) et un baryon (trois quarks) faiblement liés entre eux. Illustration d'un autre agencement possible des quarks dans une particule pentaquark. Les cinq quarks pourraient être rassemblés en un méson (un quark et un antiquark) et un baryon (trois quarks) faiblement liés entre eux.  Photo :  CERN
Des particules appelées quarks
En 1964, le physicien américain Murray Gell-Mann a révolutionné la compréhension de la structure de la matière en théorisant l'existence de particules connues sous le nom de quarks.
« Le modèle des quarks permet l'existence d'autres états composites de quarks, notamment des pentaquarks composés de quatre quarks et d'un antiquark. Jusqu'ici, cependant, aucune observation concluante de l'existence des pentaquarks n'avait été rapportée.  » — CERN
À ce jour, les expériences qui avaient cherché des pentaquarks n'avaient pas obtenu de résultats probants.
C'est un peu comme si les études précédentes avaient cherché des silhouettes dans l'obscurité, tandis que LHC menait ses recherches en plein jour, et sous tous les angles.
Le prochain défi de l'analyse consistera à étudier la manière dont les quarks sont liés à l'intérieur des pentaquarks.
« Les quarks pourraient être liés étroitement ou alors ils pourraient être liés faiblement et former une sorte de molécule méson-baryon, dans laquelle le méson et le baryon seraient sensibles à une force forte résiduelle semblable à celle qui lie les protons et les neutrons à l'intérieur des noyaux. » — Liming Zhang, physicien au LHC
Des études supplémentaires sont nécessaires pour trancher entre ces possibilités, et pour découvrir ce que les pentaquarks peuvent encore apprendre à la science.
 
 

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