Des physiciens de la collaboration LHCb au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN ont détecté l’insaisissable Ωcc⁺ baryon, une particule contenant deux quarks charmés et un quark étrange, complétant une famille tant recherchée de baryons doublement charmés, prédits pour la première fois il y a plus d’un demi-siècle.
« Les quarks sont les éléments de base de la matière », a déclaré le Dr Paula Collins, nouvelle porte-parole adjointe de la collaboration LHCb.
« Il existe six types de quarks (up, down, charm, étrange, top et bottom), qui se lient en paires ou triplets, appelés respectivement mésons et baryons. »
« Il y a soixante ans, alors que les expériences commençaient à révéler la structure sous-jacente des quarks de la matière, les chercheurs ont commencé à construire des modèles théoriques pour classifier la façon dont les quarks peuvent se combiner en particules composites. »
«Bientôt, les scientifiques ont pu prédire les propriétés de particules encore inconnues.»
« En 1964, la découverte d’une nouvelle particule au laboratoire national de Brookhaven a marqué un tournant. »
« Constituée de trois quarks étranges, cette particule avait déjà été prédite par les théoriciens, et la confirmation expérimentale de son existence et de ses propriétés a montré la force de ces modèles théoriques. »
« En 1974, une autre découverte a ébranlé le monde de la physique des particules en révélant un quatrième quark, le quark charme », ont-ils ajouté.
« Cela signifiait que les théoriciens devaient désormais étendre leurs modèles pour tenir compte des nombreuses nouvelles combinaisons possibles de quarks. »
« Ces prédictions comprenaient les baryons doublement charmés. »
« Ce sont des particules composées chacune de deux quarks charmés et d’un quark up, down ou étrange comme troisième du triplet. »
« Les physiciens sont particulièrement intéressés par cette famille de particules, car les grandes différences de masse entre les quarks pourraient fournir des informations utiles sur la force puissante qui lie les quarks entre eux pour former des particules composites. »
« Cependant, les expériences de l’époque n’étaient pas capables de produire les baryons doublement charmés, et elles ne disposaient pas non plus d’un équipement suffisamment sensible pour les détecter. »
Les physiciens de LHCb ont découvert le premier de ces baryons doublement charmés en 2017 et le second plus tôt cette année.
La découverte de Ωcc⁺le troisième et dernier membre de cette famille de particules, est basé sur des données collectées en 2024 lors de collisions proton-proton à haute énergie au LHC.
Ces collisions ont produit de nouveaux baryons doublement charmés, de courte durée, parcourant une fraction de millimètre dans le détecteur avant de se désintégrer en particules plus stables.
L’équipe LHCb a retracé les traces laissées par ces particules dans le détecteur jusqu’à leur point d’origine.
Cela a révélé la signature caractéristique de la nouvelle particule à durée de vie courte, avec une masse distincte environ quatre fois plus lourde qu’un proton.
«C’est un moment d’une grande importance historique», a déclaré le Dr Collins.
« Sur les 85 particules composites découvertes jusqu’à présent au LHC, ces trois baryons doublement charmés sont uniques. »
« Ils se désintègrent sous l’effet d’une force faible et vivent assez longtemps pour donner des distances de vol mesurables dans notre expérience. »
« La découverte a été rendue possible grâce au détecteur amélioré de LHCb, doté de puissantes capacités de suivi et d’identification des particules. »
