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Un grand collisionneur de hadrons trouve la preuve de 3 particules jamais vues auparavant

Les physiciens disent avoir trouvé des preuves dans les données du grand collisionneur de hadrons européen pour trois combinaisons de quarks inédites, tout comme le plus grand brise-particules du monde entame une nouvelle série d’expériences à haute énergie.

Les trois types exotiques de particules – qui comprennent deux combinaisons de quatre quarks, appelées tétraquarks, plus une unité de cinq quarks appelée pentaquark – sont totalement compatibles avec le modèle standard, la théorie vieille de plusieurs décennies qui décrit la structure des atomes.

En revanche, les scientifiques espèrent que l’exploitation actuelle du LHC apportera des preuves d’une physique qui va au-delà du modèle standard pour expliquer la nature de phénomènes mystérieux tels que la matière noire. De telles preuves pourraient indiquer de nouveaux réseaux de particules subatomiques, ou même des dimensions supplémentaires dans notre univers.

Le LHC avait été arrêté pendant trois ans pour mettre à niveau ses systèmes afin de gérer des niveaux d’énergie sans précédent. Cet arrêt a pris fin en avril, et depuis lors, les scientifiques et ingénieurs du centre de recherche du CERN à la frontière franco-suisse se préparent pour la reprise des opérations scientifiques d’aujourd’hui.

Le centre de contrôle du CERN était en effervescence alors que le LHC entamait sa troisième campagne de collecte et d’analyse de données.

“C’est un moment magique maintenant”, a déclaré la Directrice générale du CERN, Fabiola Gianotti, lors de la webdiffusion d’aujourd’hui. “Nous venons d’avoir des collisions à une énergie sans précédent, 13,6 téra-électronvolts, et cela ouvre une nouvelle ère d’exploration au CERN.”

Gianotti a déclaré que les scientifiques du LHC s’attendent à collecter autant de données au cours de cette troisième période qu’ils en ont recueillies au cours des 13 années lors des deux périodes précédentes du collisionneur. “Cela, bien sûr, augmentera nos opportunités de découverte ou de compréhension des lois fondamentales de l’Univers”, a-t-elle déclaré.

L’anneau d’aimants supraconducteurs de 27 kilomètres (17 milles) et ses détecteurs de particules devraient fonctionner 24 heures sur 24 pendant près de quatre ans au cours de la phase 3.

Le début de l’exploitation d’aujourd’hui intervient 10 ans et un jour après que les physiciens du LHC ont annoncé leur plus grande découverte à ce jour : la preuve de l’existence du boson de Higgs, une particule subatomique qui aide à expliquer le phénomène de masse.

Les trois nouveaux types de particules subatomiques, décrits aujourd’hui lors d’un séminaire du CERN, ne sont pas tout à fait des révélations de niveau Higgs. Mais ils suggèrent que le LHC est sur la bonne voie pour découvrir encore plus de blocs de construction de l’Univers jamais vus auparavant.

Le Large Hadron Collider écrase des protons à des vitesses proches de la vitesse de la lumière pour étudier des combinaisons de quarks appelées hadrons.

“Plus nous effectuons d’analyses, plus nous trouvons de types de hadrons exotiques”, a déclaré Niels Tuning, coordinateur physique du détecteur LHCb du collisionneur, dans un communiqué de presse.

“Nous assistons à une période de découverte similaire aux années 1950, lorsqu’un” zoo de particules “de hadrons a commencé à être découvert et a finalement conduit au modèle quark des hadrons conventionnels dans les années 1960. Nous créons le” zoo de particules 2.0 “.”

Le porte-parole de LHCb, Chris Parkes, a déclaré que l’étude de nouvelles combinaisons de quarks “aidera les théoriciens à développer un modèle unifié de hadrons exotiques, dont la nature exacte est largement inconnue”.

La plupart des hadrons ne sont pas si exotiques. Les protons et les neutrons, par exemple, sont constitués de trois quarks liés entre eux. (En fait, l’origine du mot “quark” remonte à une ligne de Sillage de Finnegan par James Joyce : “Trois quarks pour Muster Mark!”) Les pions sont des combinaisons de deux quarks.

Les combinaisons de quatre et cinq quarks sont beaucoup plus rares et on pense qu’elles n’existent que pendant un instant avant de se désintégrer en différents types de particules.

Les quarks se déclinent en six “saveurs” différentes : haut et bas, haut et bas, charme et étrange.

L’équipe LHCb a analysé les désintégrations des mésons B chargés négativement et a mis en évidence l’existence d’un pentaquark composé d’un quark charmé et d’un antiquark charmé, plus un quark up, down et étrange. C’est le premier pentaquark connu pour inclure un quark étrange.

Les deux tétraquarks nouvellement identifiés comprennent une combinaison « doublement chargée électriquement » de quatre quarks : un quark charme, un antiquark étrange, un quark up et un antiquark down.

Ce tétraquark a été repéré en combinaison avec son homologue neutre, qui a un quark charme, un antiquark étrange, un antiquark up et un quark down. Le CERN affirme que c’est la première fois qu’une paire de tétraquarks est observée ensemble.

Certains modèles théoriques visualisent les hadrons exotiques comme des unités uniques de quarks étroitement liés. D’autres les voient comme des paires de hadrons standard qui sont liés ensemble de manière lâche, de la même manière que les atomes sont liés ensemble pour former des molécules.

“Seuls le temps et d’autres études sur les hadrons exotiques diront si ces particules sont l’une, l’autre ou les deux”, déclare le CERN.

Cet article a été initialement publié par Universe Today. Lire l’article d’origine.

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