5 nouvelles particules découvertes au LHC

L'expérience LHCb utilise l'un des quatre détecteurs géants dédiés à l'étude des collisions de protons au LHC. Les physiciens qui y travaillent viennent à nouveau d'annoncer la découverte de nouvelles particules : cinq baryons oméga du modèle standard.
Depuis plus de 50 ans maintenant, les physiciens se rassemblent pour faire le point sur les dernières découvertes en physique fondamentale à l'occasion des Rencontres de Moriond. Elles se déroulent en ce moment à La Thuile (Italie), dans une ambiance agréable, relaxée et conviviale, permettant à de jeunes chercheurs de discuter directement avec les leaders de leurs domaines.
Il se pourrait qu'on y parle des premiers signes de l'existence d'une nouvelle physique débusquée dans les dernières données recueillies au LHC... En attendant, le Cern a annoncé que l'un des détecteurs géants du Grand collisionneur de hadrons, LHCb, avait observé, lors d'une seule expérience, cinq nouvelles particules.

Les nouvelles particules sont prévues par le modèle standard

Il s'agit en fait de baryons dont l'existence peut être prédite à partir du modèle standard, plus précisément de la chromodynamique quantique et de la théorie des quarks. Il s'agit même d'états excités (de résonances dans le jargon des physiciens) d'un membre d'une famille de particules déjà connues, les baryons oméga.

Rappelons que les baryons oméga, formés de trois quarks, ne contiennent aucun de ceux qui constituent les protons et les neutrons, à savoir les quarks « u » et « d » (sauf fugacement, en tant que fluctuations du vide quantique). Le premier de ces baryons à avoir été découvert est le baryon Ω−.
Il avait été prédit théoriquement en 1961 par Murray Gell-Mann et indépendamment par Yuval Ne'eman, un colonel de l'armée israélienne venu tard à la physique, en utilisant des arguments de symétrie basés sur le fameux groupe de Lie SU(3). Cela allait les conduire finalement à la découverte de la théorie des quarks.

Le baryon Ω− a été observé en 1964. Il est chargé négativement, d'où le « - », et est composé de trois quarks étranges (des quarks dits « s »). Comme ils l'expliquent dans un article déposé sur arXiv, les chercheurs du Cern ont, eux, découvert les baryons Ωc(3000)0, Ωc(3050)0, Ωc(3066)0, Ωc(3090)0 et Ωc(3119)0. Les nombres en parenthèses donnent les masses respectives des particules en mégaélectronvolts (MeV), mesurées par LHCb. Ce sont en quelque sorte les équivalents d'atomes d'hydrogène à des énergies différentes du fait que l'électron se trouve sur des niveaux d'énergie distincts.

Ces baryons sont très instables, donc ils se désintègrent rapidement. Leur étude pourrait nous aider à mieux comprendre le contenu des équations de la chromodynamique quantique et peut-être d'y voir une nouvelle physique à l'œuvre.

La découverte de nouvelles particules avec des détecteurs peut être comparée à la réception d'une gamme de fréquences par un poste de radio. Au sein du bruit de fond, le signal produit une résonance dans le récepteur lorsqu’il est calé sur la bonne fréquence. Comme le montre ce schéma, ces cinq nouvelles particules dans le détecteur LHCb se présentent comme cinq « résonances », en rouge, au-dessus du bruit de fond, pour des énergies associées à des masses. © Collaboration LHCb 

Par Laurent Sacco, Futura