LHC: deux nouvelles particules de toute beauté

Apportant une belle confirmation du Modèle standard, deux nouveaux états excités (voir ci-dessous) de la particule de beauté /\b viennent d'être observés par la collaboration LHCb. De la même manière que les protons et les neutrons, le /\b est composée de trois quarks: un quark up, un quark down et... un quark de beauté.

Même si la découverte de nouvelles particules semble devenir une habitude pour les expériences du LHC, l'exercice est loin d'être aisé, en particulier lorsque la masse des particules est élevée. Les scientifiques ont découvert que ces nouveaux états excités de la particule /\b, produits dans le LHC lors de collisions proton-proton de haute énergie, avaient des masses de respectivement 5912 MeV/c2 et 5920 MeV/c2. En d'autres termes, ils sont plus de cinq fois plus lourds que le proton ou le neutron.


Les physiciens n'annoncent une découverte que lorsque le degré de fiabilité des résultats est suffisamment élevé. Pour cela, ils doivent souvent analyser d'importants échantillons de données. Ainsi, pour obtenir ce beau résultat, la collaboration LHCb a analysé les données collectées grâce à quelque 60 millions de millions (6x10^13) de collisions proton-proton obtenues pendant la période d'acquisition de données de 2011. Les états excités ne survivant que très peu de temps avant de se désintégrer, les physiciens se sont particulièrement concentrés sur les produits de la désintégration et sont remontés jusqu'au vertex de désintégration. Il a fallu plusieurs mois aux scientifiques pour achever l'analyse mais, aujourd'hui, ils sont en mesure de présenter leur découverte avec une signifiance statistique très élevée: 4,9 pour le premier état excité et 10,1 pour le second.

Bien que les états excités de la particule /\b n'aient jamais été observés auparavant, leur existence était prédite par le Modèle standard, la théorie qui explique comment les quarks se combinent pour former les particules et la matière. Ainsi, le résultat de LHCb est une nouvelle confirmation de la pertinence de cette théorie.

Les états excités de la matière

La matière peut être formée de différents états d'énergie. L'état le plus stable, c'est-à-dire celui qui perdure le plus longtemps avant de se désintégrer, est appelé "état fondamental" ; les particules ont alors le plus faible niveau d'énergie possible. Les états présentant une énergie plus élevée sont appelés "états excités". Ces états sont compatibles avec les lois de la nature, mais ils sont instables. Plus l'énergie de formation (autrement dit la masse) est élevée, plus ces particules sont instables.

Pour en savoir plus sur ce résultat, consultez la page web publique de LHCb.