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Les surprises du tétraquark, « collage » de particules élémentaires

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Les surprises du tétraquark, « collage » de particules élémentaires

Les surprises du tétraquark, « collage » de particules élémentaires

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Le chaudron à particules qu’est le LHC (Large Hadron Collider), l’accélérateur géant de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN, près de Genève), a beau être arrêté pour travaux depuis deux ans, ses « vieilles » données révèlent encore des trésors. Ainsi, grâce au plus petit de ses détecteurs, LHCb, des chercheurs viennent de mettre au jour une nouvelle particule, prédite il y a tout juste quarante ans et dont les propriétés atypiques soulèvent l’espoir de découvertes encore plus importantes.

« J’étais vraiment enthousiasmé quand je l’ai vue la première fois, mais ça a pris quelques semaines avant de tout vérifier et se convaincre qu’on avait vraiment une nouvelle particule », explique Ivan Polyakov, de l’université de Syracuse (Etats-Unis), membre de LHCb, qui a exposé le résultat le 29 juillet lors d’une conférence. « Lorsque en 1981, avec mes deux collègues Pierre Taxil et Jean-Pierre Ader, nous avions fait cette prédiction, les gens étaient sceptiques, note Jean-Marc Richard, aujourd’hui professeur émérite de l’université de Lyon. Mais je savais que ça arriverait. Sauf que je pensais que ce seraient mes petits-enfants qui le verraient. Alors j’ai été content quand des collègues de LHCb m’ont prévenu. »

Première particularité du nouveau venu, à la différence des électrons, des photons ou du célèbre boson de Higgs, il ne s’agit pas d’une particule élémentaire. C’est un tétraquark, composé de quatre quarks, tout comme les protons ou les neutrons sont faits de trois quarks, et les moins connus, les mésons, de deux quarks seulement. Second signe distinctif, contrairement aux autres tétraquarks créés dans des collisions très intenses de particules depuis une vingtaine d’années et qui disparaissent quasi instantanément, celui-ci survit 10 à 1 000 fois plus longtemps. Au point que les physiciens pensent avoir mis la main sur un premier assemblage de quarks bien liés entre eux, plutôt que sur un agrégat distendu. Un beau collier de perles plutôt qu’un sac percé contenant des billes. Ou l’équivalent d’une molécule stable en chimie.

Des charmes très massifs

Réaliser un tel collier n’est pas simple. Deux « colles » sont à disposition pour en assembler les éléments. L’une, l’interaction électrofaible, est connue pour tenir entre eux les électrons autour des atomes, ou agir sur les protons et neutrons. L’autre, dite « interaction forte », maintient entre eux les quarks. Les tétraquarks découverts jusqu’ici mélangeaient les deux colles et « cassaient » facilement, mais pas ce dernier-né, qui semble tenir par la seule colle forte. Son secret est qu’il contient deux quarks très lourds, baptisés « charmes », beaucoup plus massifs que les quarks trouvés à l’intérieur des protons et neutrons. Cela stabiliserait l’édifice et lui confère à la fois son nom barbare de Tcc+ (pour tétraquark à deux charmes, chargé positivement) et son poids de plus de quatre fois celui d’un proton.

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