LHCb confirme l’existence de hadrons exotiques

La collaboration LHCb (Large Hadron Collider beauty) a publié aujourd’hui des résultats qui confirment l’existence de hadrons exotiques – un type de matière qui ne peut être classé dans le modèle usuel des quarks.

Les hadrons sont des particules subatomiques sensibles à l’interaction force, la force qui lie les protons à l’intérieur des noyaux des atomes. Dans les années 1960, il a été prédit que les hadrons sont constitués de quarks et d’antiquarks qui déterminent leurs propriétés. Cette théorie a depuis été largement confirmée expérimentalement. Une sous-catégorie de hadrons, appelée mésons, est formée de paires quark-antiquark, tandis que le reste, les baryons, sont constitués de trois quarks.

Toutefois, depuis que ce modèle a été proposé pour la première fois, plusieurs particules ne trouvant pas de place dans ce cadre ont été observées. La collaboration LHCb publie maintenant des résultats sur l’observation claire d’une particule exotique – le Z(4430) – qui ne peut être classée dans le modèle des quarks.

Photo de l’expérience LHCb au point 8 du Grand collisionneur de hadrons (LHC)
Photo de l’expérience LHCb au point 8 du Grand collisionneur de hadrons (LHC). Au centre de la photo, le tube de faisceau du LHC dans lequel les protons circulent à une vitesse proche de celle de la lumière (Image : Anna Pantelia/CERN).

En 2008, la collaboration Belle a fait état pour la première fois d’indices de l’existence du Z(4430). Elle a observé un pic prometteur dans la distribution de la masse des particules issues des désintégrations de mésons B. La collaboration a par la suite confirmé l’existence du Z(4430) avec une signifiance de 5,2 sigmas sur l’échelle que les physiciens des particules utilisent pour décrire le degré de certitude d'une découverte.

La collaboration LHCb publie maintenant une mesure plus détaillée du Z(4430), qui confirme indubitablement qu’il s’agit d’une particule, et plus particulièrement d’un hadron exotique longtemps recherché.

Elle a analysé plus de 25 000 désintégrations de mésons B extraites des données de 180 000 milliards (180 x 1012) de collisions proton-proton dans le Grand collisionneur de hadrons.

« La signifiance du signal du Z (4430) est gigantesque (au moins 13,9 sigmas) et confirme l’existence de cet état, a déclaré Pierluigi Campana, porte-parole de LHCb. L’analyse de LHCb établit la nature résonante de la structure observée, prouvant qu’il s’agit réellement d’une particule, et non d’une particularité des données. »

Pierluigi Campana, porte-parole de LHCb, et Richard Jacobsson, physicien à LHCb, nous parlent de l’observation claire d’une particule exotique ne pouvant pas être classée dans le modèle usuel des quarks (Vidéo : CERN).

Pour en savoir plus :

« Unambiguous observation of an exotic particle which cannot be classified within the traditional quark model »site web public de LHCb.

« Grosse moisson de trèfles à quatre feuilles » – Quantum Diaries, blog de Pauline Gagnon.