Les physiciens de l’expérience LHCb au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN ont découvert un nouveau type de particule lourde semblable à un proton. Connue sous le nom de Ξcc⁺, cette particule contient deux quarks charmes et un quark down, offrant aux scientifiques une nouvelle façon rare de sonder la force puissante qui lie les éléments constitutifs de la matière.
Les quarks sont les éléments fondamentaux de la matière et se déclinent en six saveurs : haut, bas, charme, étrange, haut et bas.
Ils se combinent généralement par paires ou trios pour former des mésons et des baryons. Mais contrairement au proton stable, la plupart des hadrons – terme collectif désignant les mésons et les baryons – sont instables et disparaissent presque aussitôt qu’ils apparaissent, ce qui les rend difficiles à détecter.
Leur production nécessite de briser des particules à haute énergie dans une machine telle que le LHC.
Ces hadrons instables se désintègreront rapidement, mais les particules les plus stables produites à la suite de cette désintégration peuvent être détectées et les propriétés de la particule d’origine peuvent donc être déduites.
Cette particule nouvellement découverte porte à 80 le nombre total de hadrons découverts par les expériences LHC.
« Il s’agit de la première nouvelle particule identifiée après les améliorations du détecteur LHCb achevées en 2023, et ce n’est que la deuxième fois qu’un baryon avec deux quarks lourds est observé, la première ayant été observée par LHCb il y a près de 10 ans », a déclaré le porte-parole de LHCb, le Dr Vincenzo Vagnoni.
« Le résultat aidera les théoriciens à tester des modèles de chromodynamique quantique, la théorie de la force forte qui lie les quarks non seulement en baryons et mésons conventionnels, mais aussi en hadrons plus exotiques tels que les tétraquarks et les pentaquarks. »
En 2017, l’équipe LHCb a signalé la découverte d’une particule très similaire, composée de deux quarks charmés et d’un quark up.
Ce quark up est la seule différence entre cette particule et la nouvelle, qui a un quark down à sa place.
Malgré cette similitude, la nouvelle particule a une durée de vie prévue jusqu’à six fois plus courte que celle de son homologue, en raison d’effets quantiques complexes. Cela rend l’observation encore plus difficile.
En analysant les données des collisions proton-proton enregistrées par le détecteur LHCb lors de la troisième exploitation du LHC, les physiciens ont observé le nouveau baryon avec une signification statistique de 7 sigma, bien au-dessus du seuil de 5 sigma requis pour revendiquer une découverte.
« Ce résultat majeur est un exemple fantastique de la façon dont les capacités uniques de LHCb jouent un rôle essentiel dans le succès du LHC », a déclaré Mark Thomson, directeur général du CERN.
« Cela montre comment les améliorations expérimentales au CERN conduisent directement à de nouvelles découvertes, ouvrant la voie à la science transformatrice que nous attendons du LHC à haute luminosité. »
« Ces réalisations ne sont possibles que grâce aux performances exceptionnelles du complexe d’accélérateurs du CERN et des équipes qui le font fonctionner, ainsi qu’à l’engagement des scientifiques autour de l’expérience LHCb. »
