Observation exceptionnelle de LHCb : cinq d'un coup  !

Publié par Adrien le 27/04/2017 à 00:00
Source: Stefania Pandolfi - Copyright CERN
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L'expérience LHCb au CERN est une mine de nouveaux résultats de physique remarquables. Il y a quelques mois seulement, la collaboration annonçait la mesure d'une désintégration très rare d'une particule, puis des traces d'une nouvelle manifestation de l'asymétrie (L'asymétrie est l’absence de symétrie, ou son inverse. Dans la nature, les crabes...) entre matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) et antimatière (L'antimatière est l'ensemble des antiparticules des particules composant la matière...), pour ne citer que ces deux exemples.


Un événement LHCb typique entièrement reconstruit. Les particules identifiées comme des pions, des kaons, etc. sont mises en évidence dans des couleurs différentes. (Image: collaboration LHCb)

Dans un article, la collaboration LHCb a annoncé la découverte, lors d'une seule analyse, d'un nouveau système de cinq particules. Il s'agit d'un résultat exceptionnel, le fait d'avoir observé cinq nouveaux états en une seule fois étant sans doute inédit.

Les particules en question sont des états excités (des états dont l'énergie est supérieure à celle de la configuration minimale absolue (L'absolue est un extrait obtenu à partir d’une concrète ou d’un...), ou état fondamental) d'une particule appelée "Omega-c-zero" ?c0. Ce ?c0 est en fait un baryon (Un baryon est, en physique des particules, une catégorie de particules, dont les...) (particule composée de trois quarks) contenant deux quarks s et un quark (Les quarks sont des fermions que la théorie du modèle standard décrit, en compagnie...) c. Le ?c0 se désintègre par le biais de la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) forte en un autre baryon, appelé "Xi-c-plus" ?c+ (contenant un quark c, un quark s et un quark u), et en un kaon (Un kaon est une particule (notée K) de la famille des mésons caractérisée par...) K-. La particule ?c+ se désintègre ensuite à son tour en un proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire...) p, un kaon K- et un pion (Le terme Pion peut désigner :) ?+.

À partir de l'analyse des trajectoires et de l'énergie laissée dans le détecteur par toutes les particules dans cette configuration finale, la collaboration LHCb a pu remonter jusqu'à l'événement initial – la désintégration du baryon ?c0 – et ses états excités. Ces états de particules sont appelés, conformément aux procédures habituelles,: ?c(3000)0, ?c(3050)0, ?c(3066)0, ?c(3090)0 et ?c(3119)0. Les nombres indiqués désignent les masses respectives des particules en mégaélectronvolts (MeV), mesurées par LHCb.

Cette découverte a été rendue possible grâce aux fonctions spécialisées du détecteur LHCb, capable de reconnaître précisément différents types de particules, et grâce à l'ensemble volumineux de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) accumulées durant les première et deuxième exploitations du Grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux...) de hadrons. Il a ainsi été possible d'identifier les cinq états excités avec une signifiance statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon....) remarquablement élevée, ce qui exclut la possibilité que la découverte soit simplement due à un aléa statistique.

La prochaine étape consistera à déterminer les nombres quantiques de ces nouvelles particules - des nombres caractérisant les propriétés d'une particule spécifique - et à établir leur importance sur le plan théorique. Cette découverte nous aidera à comprendre comment les trois quarks composant un baryon sont liés ensemble, ainsi qu'à tester la corrélation entre les quarks, un élément clé pour la description des états à plusieurs quarks, comme les tétraquarks ou les pentaquarks.
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