Les physiciens ont confirmé l’existence d’une nouvelle particule subatomique, un type de baryon contenant deux quarks « charme » et un quark « down ». Cette découverte, réalisée au Grand collisionneur de hadrons (LHC) à Genève, en Suisse, élargit notre compréhension des éléments fondamentaux de la matière et des forces qui les gouvernent.
Les éléments constitutifs de la matière
Les atomes sont composés de protons et de neutrons, eux-mêmes constitués de particules encore plus petites appelées quarks. Il existe six « saveurs » de quarks : up, down, charm, étrange, bottom et top. Les quarks plus lourds, comme Charm, sont beaucoup moins courants dans la matière quotidienne mais cruciaux pour comprendre la force nucléaire forte.
Qu’est-ce qui rend cette particule unique ?
La particule nouvellement découverte est un baryon doublement charmé, ce qui signifie qu’elle contient deux quarks charmes au lieu des quarks up habituels trouvés dans les protons. Cette substitution augmente considérablement sa masse – environ quatre fois celle d’un proton. La particule, désignée sous le nom de baryon, est constituée de trois quarks, ce qui la classe comme un hadron, une plus grande famille de particules composée de quarks.
L’expérience LHCb, l’un des neuf détecteurs du LHC, a détecté la nouvelle particule lors de collisions de protons à haute énergie. Lorsque les protons entrent en collision à une vitesse supérieure à 99 % de la vitesse de la lumière, leur énergie se transforme en nouvelles particules qui se désintègrent rapidement en formes plus légères. Cette découverte marque le 80e hadron observé au LHC depuis le début des expériences.
Pourquoi c’est important : la force forte
La découverte de ces particules exotiques aide les physiciens à explorer la force forte, la force fondamentale la plus puissante mais la moins comprise de la nature. Cette force lie les quarks entre eux au sein des hadrons, et sa compréhension nécessite de percer les complexités de la chromodynamique quantique (QCD).
« La découverte de ce type de particules aide les physiciens à mieux comprendre la force forte, qui est la force la plus puissante de la nature et qui lie les hadrons entre eux. »
Le baryon nouvellement découvert n’est que le deuxième à être observé avec deux quarks lourds. Le précédent, découvert en 2017, contenait deux quarks charmés et un quark up. La nouvelle particule est encore moins stable, se désintégrant six fois plus vite. Ces courtes durées de vie rendent la détection difficile, mais elles fournissent des données vitales sur le fonctionnement de la force puissante.
La découverte a été annoncée lors de la conférence de physique des particules de Moriond en Italie, soulignant les progrès continus de la physique des hautes énergies et notre capacité croissante à sonder les secrets les plus profonds de l’univers.
Cette recherche est essentielle pour tester le modèle standard de la physique des particules et affiner notre compréhension de la façon dont la masse et d’autres propriétés apparaissent dans les particules composites comme les baryons. Les améliorations du LHC en 2023 ont déjà produit cette nouvelle particule, laissant présager d’autres découvertes à venir.
