Aujourd'hui, lors de la conférence EPS sur la physique des hautes énergies tenue à Venise en Italie, l'expérience LHCb auprès du Grand collisionneur de hadrons LHC du CERN a annoncé l'observation du Ξ_cc⁺⁺ (Xi_cc⁺⁺), nouvelle particule contenant deux quarks charmés et un quark up. Les théories actuelles prédisaient l'existence de cette particule de la famille des baryons, mais, malgré de nombreuses années de recherche, ces baryons à deux quarks lourds échappaient aux physiciens. La masse de la nouvelle particule identifiée est d'environ 3621 MeV, soit près de quatre fois celle du proton (le baryon le plus connu), propriété qu’elle doit à ses deux quarks charmés. C'est la première fois qu'une telle particule est détectée sans ambiguïté.

Pratiquement toute la matière que nous observons autour de nous est faite de baryons, particules courantes composées de trois quarks ; les baryons les plus connus sont les protons et les neutrons. Mais il existe six sortes de quarks, et, en théorie, de nombreuses combinaisons différentes pourraient former d'autres types de baryons. Jusqu'ici, les baryons observés étaient tous constitués d'un quark lourd au maximum.

« Le fait d'avoir trouvé un nouveau baryon, contenant deux quarks lourds, présente un grand intérêt car celui-ci nous offre un outil exceptionnel pour sonder plus avant la chromodynamique quantique, à savoir la théorie décrivant l'interaction forte, l'une des quatre forces fondamentales, déclare Giovanni Passaleva, nouveau porte-parole de la collaboration LHCb. Ces particules nous aideront par conséquent à améliorer la capacité prédictive de nos théories. »

« Contrairement aux autres baryons, dans lesquels les trois quarks effectuent une danse subtile les uns autour des autres, un baryon à deux quarks lourds devrait se comporter comme un système planétaire, où les deux quarks lourds jouent le rôle d'étoiles lourdes en orbite l’une autour de l’autre, le quark léger étant, lui, en orbite autour de ce système binaire, » ajoute Guy Wilkinson, ancien porte-parole de la collaboration.

Mesurer les propriétés du Ξ_cc⁺⁺ nous aidera à établir comment un système de deux quarks lourds et un quark léger se comporte. Nous pourrons obtenir des informations importantes en déterminant précisément les mécanismes de production et de désintégration ainsi que la durée de vie de cette nouvelle particule.

L'observation de ce nouveau baryon, opération délicate, a été rendue possible grâce au taux de production élevé de quarks lourds au LHC, ainsi qu’au potentiel exceptionnel de l'expérience LHCb, qui est capable d'identifier les produits de la désintégration de particules avec une efficacité remarquable. Le baryon Ξ_cc⁺⁺ a été identifié grâce à sa désintégration en un baryon Λ_c⁺ et en trois mésons, plus légers, K^-, π⁺ et π⁺.

L'observation du Ξ_cc⁺⁺ à LHCb ouvre de nouvelles perspectives pour détecter d’autres représentants de cette famille de baryons à deux quarks lourds. Ils peuvent désormais être recherchés auprès du LHC.

Ce résultat a été obtenu à partir d'un ensemble de données à 13 TeV enregistrées durant la deuxième période d'exploitation du Grand collisionneur de hadrons, et confirmé au moyen de données à 8 TeV enregistrées lors de la première période d'exploitation. La collaboration a soumis un article rapportant ces résultats à la revue Physical Review Letters.

Find out more:

• Actualité de LHCb (en Anglais)
• Le site de la conférence EPS
• La présentation à la conférence EPS