Quatre nouveaux tétraquarks ont été découverts au LHC



Et quatre de plus ! Le LHC (Large Hadron Collider), le plus grand collisionneur du monde installé à la frontière franco-suisse, vient d’annoncer la découverte de quatre nouvelles particules dans le cadre de son expérience LHCb. L’installation étant actuellement à l’arrêt pour des opérations de maintenance et de mise à niveau, ce coup de filet a été effectué durant les deux précédentes campagnes, la dernière s’étant achevée en 2018. Il porte à 59 le nombre total de nouvelles particules découvertes depuis sa mise en service en 2009. Si le LHC a surtout marqué les esprits avec la découverte du Boson de Higgs en 2012, cette jolie collection démontre qu’il s’agit en réalité d’une véritable usine à nouvelles particules…

Comme des briques de Lego

La preuve, donc, avec ces quatre petites dernières, des “tétraquarks”. “Comme toutes particules composées de quarks, ce sont des hadrons, explique à Sciences et Avenir Yasmine Amhis, physicienne des particules (IJCLab, Université Paris Saclay et CNRS/IN2P3) impliquée dans l’expérience LHCb. Les hadrons les plus connus sont les protons et les neutrons qui forment les noyaux atomiques. Mais ils ne renferment que 3 quarks. Ces nouvelles particules en contiennent 4 ”. Les quarks, dont l’existence a été proposée par le physicien Murray Gell-Mann (1929-2019) en 1964, constituent les particules les plus élémentaires de la physique. Si l’on conçoit les atomes comme des poupées russes, ils sont l’étape ultime, la poupée qui ne s’ouvre pas. Il en existe de six sortes différentes, appelées “saveurs” : up, down, bottom, top, strange et charm. Par ailleurs, à chaque quark correspond un antiquark de même masse mais avec des caractéristiques (dont la charge électrique) opposées. Selon la façon dont ils se combinent, ils constituent des hadrons différents. Pour faire un proton, prenez deux quarks “up” et un quark “down”. Pour un neutron, il faut deux quarks “down” et un quark “up”. Cela ressemble un peu à un assemblage de Lego, mais la réalité est plus complexe. Car les quarks ne s’imbriquent pas les uns dans les autres comme les célèbres briques. Pour les faire tenir ensemble, il faut une colle d’un type particulier…

Les gluons collent les quarks

Elle est assurée par d’autres particules, les bien nommés “gluons”, que l’on peut voir comme des messagers passant inlassablement d’un quark à l’autre, assurant leur cohésion. Ils constituent l’interaction forte, une des quatre interactions fondamentales de la physique, avec l’interaction faible, électromagnétique, et gravitationnelle. “Mais l’interaction forte ne ressemble pas aux trois autres, reprend Yasmine Amhis. Toutes diminuent rapidement avec la distance, alors que l’interaction forte augmente. Un peu comme un élastique : plus vous tirez dessus, et plus il résiste.” Cela explique pourquoi les quarks ne peuvent pas exister individuellement. Il est impossible de séparer une paire, comme si l’élastique ne pouvait en aucun cas se briser.

L’intérêt de découvrir de nouvelles particules permet ainsi d’explorer l’interaction forte dans différentes configurations de quarks et d’antiquarks, et notamment d’étudier la façon dont ils s’échangent des gluons. “Le LHC a révélé l’existence de particules à 4 quarks, mais aussi à 5, complète Yasmine Amhis. Chacune étant composée d’un mélange de quarks et d’antiquarks. Avec autant de particules différentes, il devient possible de les comparer. En physique, nous obtenons plus facilement des informations à partir de mesures relatives, que de mesures absolues. De même, certaines particules ont une masse, et donc une énergie, bien plus importante que d’autres. Cela nous permet là encore d’étudier les quarks et les gluons à différents régimes d’énergie”.

Bientôt un troisième round au LHC

Ces 59 particules sont ainsi autant de combinaisons de quarks qui permettent aux physiciens des particules d’affiner la chromodynamique quantique (QCD), le nom officiel de la théorie décrivant l’interaction forte proposée par David Politzer, Frank Wilczek et David Gross (récompensés en 2004 par le prix Nobel de Physique) en 1973, et toujours en construction. Le LHC devrait reprendre son activité début 2022 pour un troisième “round” de mesures, avec davantage d’énergie disponible pour les collisions. De quoi faire jaillir d’autres combinaisons de ces fameux quarks…



Source link

Leave a Reply

Your email address will not be published.