Les physiciens du Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN ont confirmé l’existence d’un nouveau parent plus lourd du proton, appelé Ξcc⁺ (Xi-double-charm-plus). Cette découverte offre aux scientifiques une nouvelle perspective sur la force forte, l’interaction fondamentale qui maintient la matière ensemble à son niveau le plus élémentaire.
Que sont les quarks et pourquoi sont-ils importants ?
Au cœur de cette découverte se trouvent les quarks, les particules élémentaires qui forment les protons, les neutrons et toutes les autres particules composites de l’univers. Il existe six types connus de quarks : up, down, charm, étrange, top et bottom. Les quarks existent rarement isolément ; ils se combinent pour créer des hadrons, qui comprennent des particules familières comme les protons et les neutrons.
La plupart des hadrons sont instables et se désintègrent presque immédiatement après leur formation. Le LHC est conçu pour créer ces particules éphémères en faisant entrer en collision des faisceaux de protons de haute énergie. Les produits de désintégration, qui sont suffisamment stables pour être mesurés, révèlent les propriétés du hadron original à courte durée de vie.
Un deuxième baryon à double charme
Le Ξcc⁺ nouvellement découvert contient deux quarks charmés et un quark down. Cela en fait un « baryon » (une particule de trois quarks) avec une composition inhabituelle. C’est seulement le deuxième baryon observé qui contient deux quarks lourds (des quarks charmes, dans ce cas). La première particule de ce type a été détectée par l’expérience LHCb il y a près de dix ans.
La collaboration LHCb a observé la nouvelle particule avec une signification statistique de 7 sigma, dépassant largement le seuil de 5 sigma pour une découverte confirmée. Cela signifie que les chances que le signal soit une fluctuation aléatoire sont extrêmement faibles.
Pourquoi cette découverte est importante
L’existence de Ξcc⁺ permet d’affiner notre compréhension de la chromodynamique quantique (QCD), la théorie régissant la force forte. La QCD prédit l’existence non seulement de hadrons ordinaires, mais également de combinaisons plus exotiques, telles que les tétraquarks (quatre quarks) et les pentaquarks (cinq quarks).
Cette nouvelle particule permettra aux théoriciens de tester les modèles QCD de manière plus rigoureuse. C’est similaire à une particule découverte en 2017, qui contient deux quarks charmés et un quark up au lieu d’un quark down. Malgré cette similarité, la nouvelle particule devrait se désintégrer jusqu’à six fois plus rapidement en raison d’effets quantiques subtils, ce qui la rendrait encore plus difficile à détecter.
Les mises à niveau mènent à des avancées
La découverte a été faite à l’aide des données de la troisième exploitation du LHC, après d’importantes mises à niveau du détecteur LHCb en 2023. Le directeur général du CERN, Mark Thomson, a souligné le rôle essentiel de ces mises à niveau pour permettre de nouvelles découvertes.
Ce résultat majeur est un exemple fantastique de la façon dont les capacités uniques de LHCb jouent un rôle essentiel dans le succès du LHC.
Cette découverte ouvre la voie à de nouvelles recherches avec le LHC à haute luminosité, qui augmenteront le taux de collisions de particules et permettront aux physiciens de sonder les forces fondamentales de la nature avec une précision sans précédent.
Essentiellement, la découverte de Ξcc⁺ n’ajoute pas seulement une autre entrée au catalogue de particules ; cela affine notre compréhension des interactions les plus fondamentales de l’univers.
