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 :
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
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.
