Illustration de l’agencement possible des quarks dans une particule pentaquark comme celles découvertes par LHCb. Les cinq quarks pourraient être liés étroitement (gauche). Ils pourraient aussi être rassemblés en un méson (un quark et un antiquark) et un baryon (trois quarks) faiblement liés entre eux (Image: Daniel Dominguez/CERN)

L’expérience LHCb auprès du Grand collisionneur de hadrons du CERN a annoncé aujourd’hui la découverte d’une catégorie de particules appelées pentaquarks. La collaboration a soumis un article rapportant ces résultats à la revue Physical Review Letters.

« Le pentaquark n’est pas n’importe quelle nouvelle particule, explique Guy Wilkinson, porte-parole de LHCb, car il est composé 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. »

Notre compréhension de la structure de la matière a été révolutionnée en 1964, quand le physicien Murray Gell-Mann, des États-Unis, a proposé une distinction entre deux catégories de particules : d’une part les baryons, qui comprennent les protons et les neutrons et sont composés de trois objets possédant des charges fractionnaires appelés quarks, et d’autre part les mésons, qui sont composés de paires quark-antiquark. Les antiquarks sont des quarks d’antimatière. Gell-Mann a reçu en 1969 le prix Nobel de physique pour ses travaux sur ce sujet. Le modèle des quarks permet aussi l’existence d’autres états composites de quarks, notamment des pentaquarks composés de quatre quarks et d’un antiquark.

Les expériences précédentes qui ont cherché des pentaquarks n’ont pas obtenu de résultats probants. S’il en va autrement pour LHCb, c’est parce qu’elle a été en mesure de chercher des pentaquarks à partir de nombreux angles différents, et que toutes les observations ont mené à la même conclusion. C’est un peu comme si les études précédentes avaient cherché des silhouettes dans l’obscurité, tandis que LHCb menait ses recherches en plein jour, et sous tous les angles. La prochaine étape de l’analyse consistera à étudier la manière dont les quarks sont liés à l’intérieur des pentaquarks.

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Lire l'article de LHCb (en anglais).