Une nouvelle catégorie de particules découverte: Le pentaquark

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

À lire aussi :

• Le plus grand accélérateur de particules du monde reprend du service
• Découverte d'une particule qui pourrait être le boson de Higgs
• Faire renaître l'Univers

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.  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.
 

 

Source.:

Au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC): Les 2 nouvelles particules découvertes sont des baryons

Le grand collisionneur de hadrons, au Cern. - CERN

Le boson de Higgs n'est pas le seul qui joue à cache-cache avec les scientifiques. Deux nouvelles particules ont été découvertes au grand collisionneur de hadrons (LHC), a annoncé mercredi le Cern, l'organisation européenne pour la recherche nucléaire à Genève.
L'existence de ces particules baptisées Xi_b'- et Xi_b*- était prédite par la théorie, mais elles n'avaient jamais pu être observées jusqu'à présent. Ces nouvelles particules sont des baryons, famille dont les membres les plus célèbres sont le proton et le neutron. Les baryons sont constitués de trois quarks, des constituants élémentaires liés entre eux par ce qu'on appelle «la force forte».
L'existence de ces deux nouvelles particules a été mise en évidence grâce à des expériences menées en 2011 et 2012 sur le grand accélérateur de particules LHC, situé à la frontière entre la Suisse et la France. L'étude a été menée notamment par Matthew Charles, du Laboratoire de physique nucléaire (CNRS/UPMC/Université Paris Diderot), en collaboration avec un chercheur américain.

Cohésion de la matière

La mesure des propriétés des deux nouvelles particules «contribue à une meilleure connaissance de la théorie d'interaction forte dans le cadre du Modèle standard de la physique des particules», souligne le CNRS français (Centre national de la recherche scientifique) dans un communiqué. Les interactions fortes sont responsables de la cohésion de la matière nucléaire.
Pendant longtemps, la description théorique de ces interactions a présenté un défi pour les physiciens. Puis, un progrès décisif a été accompli lorsqu'on a compris qu'elles sont toutes liées à un principe géométrique. Autour de 1970, est né le schéma théorique du Modèle standard, qui décrit les particules fondamentales de la matière, la manière dont elles interagissent et les forces qui s'exercent entre elles.

Redémarrage au printemps 2015 à pleine puissance

Une particule de la même famille, Xi_b*0, avait déjà été observée en 2012 grâce au grand collisionneur LHC, le plus grand du monde. C'est lui également qui a permis de découvrir le célèbre Boson de Higgs, considéré par les physiciens comme la clef de voûte de la structure fondamentale de la matière, la particule élémentaire qui donne leur masse à nombre d'autres, selon la théorie du Modèle standard.
Le LHC se trouve actuellement en phase de préparation, après un long arrêt, en vue d'un fonctionnement à des énergies plus élevées et avec des faisceaux plus intenses. Son redémarrage est prévu au printemps 2015.

Source.: