Longue vie à la particule doublement charmée

Vue du détecteur LHCb en 2018. L'excellente précision de ce détecteur a permis aux physiciens de LHCb de réaliser des mesures précises sur la particule doublement charmée qu'ils avaient découvert un an auparavant. (Image : M. Brice, J. Ordan/CERN)

Trouver une nouvelle particule est une belle surprise. En mesurer les caractéristiques est une autre aventure, toute aussi essentielle. Moins d’un an après avoir annoncé la découverte de la particule répondant au doux nom de Ξcc++ (Xicc++), la collaboration LHCb a présenté cette semaine la première mesure de la durée de vie de ladite particule. L’annonce a été faite lors de l’atelier international CHARM 2018, à Novossibirsk, en Russie, ce qui ne pouvait pas mieux tomber pour une particule doublement charmée.

La particule Ξcc++ est en effet composée de deux quarks charmés et d’un quark up et elle appartient donc à la famille des baryons, particules composées de trois quarks. Prédite par le Modèle standard, la théorie décrivant les particules élémentaires et les forces qui les relient, elle a été démasquée l’an passé après de nombreuses années de recherche. Sa masse a été mesurée à environ 3 621 MeV, soit près de quatre fois celle du proton (le baryon le plus connu), propriété qu’elle doit à ses deux quarks charmés.

La particule Ξcc++ est fugace, elle se désintègre rapidement en particules plus légères. C’est d’ailleurs via sa désintégration en un baryon Λc+ et en trois mésons, plus légers, K-, π+ et π+, qu'elle avait été découverte. Depuis, les physiciens de LHCb ont mené une analyse pour déterminer sa durée de vie avec une bonne précision. La valeur obtenue est de 0,256 picoseconde (0,000000000000256 seconde), avec une petite incertitude. Bien qu’infime à nos sens, cette durée est relativement longue au royaume des particules subatomiques. Elle se situe dans la fourchette établie par les physiciens théoriciens, se basant sur le Modèle standard, à savoir entre 0,20 et 1,05  picoseconde.

Pour parvenir à ce résultat précis, les physiciens de LHCb ont comparé la mesure de la durée de vie de Ξcc++ avec celle d’une autre particule, dont la topologie de la désintégration est similaire et la durée de vie bien connue. Ils se sont basés sur le même échantillon d’événements qui leur avait permis de réaliser la découverte.

Mesurer la durée de vie d’une particule est une étape importante pour en déterminer les caractéristiques. Grâce à la profusion de quarks lourds produits par le Grand collisionneur de hadrons LHC et l’excellente précision du détecteur LHCb, les physiciens vont poursuivre leurs mesures minutieuses des propriétés de cette charmante particule. Par ce genre de mesures, les physiciens comprennent mieux les interactions qui régissent le comportement des particules contenant des quarks lourds.

Plus d’informations sur les nouvelles mesures de la particule Ξcc++ sur le site de LHCb.