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Une particule exotique prédite il y a 40 ans par les théoriciens découverte au CERN

L’expérience LHCb du CERN vient de présenter la découverte d’une nouvelle particule “exotique” de la classe des tétraquarks. Alors que les protons et neutrons et autres baryons sont formés de 3 quarks et que les mésons sont un assemblage quark-antiquark, les tétraquarks sont composés d’une paire de quarks associée à une paire d’antiquarks. Jusqu’à récemment, leur existence n’était qu’hypothétique, un point crucial étant leur stabilité vis à vis de leur chance de désintégration en mésons plus légers, ce qui conditionne leur durée de vie.

Il se trouve que l’existence de ce type de tétraquark avait été prédite il y a 40 ans dans le cadre de modèles d’interaction entre quarks. Un trio de physiciens, Jean-Marc Richard (CERN/Orsay/Lyon), Jean-Pierre Ader (CNRS Bordeaux) et Pierre Taxil, actuellement Professeur émérite à AMU et au CPT, alors en post-doc à l’Université de Neuchâtel), s’étaient intéressés à la question de la stabilité d’un tel objet vis à vis de ses chances de désintégration en mésons plus légers (chaque méson est composé d’un quark et d’un antiquark). Il avait été montré de façon assez générale que la configuration comprenant deux quarks lourds et deux antiquarks légers était susceptible d’être nettement plus stable que, par exemple, une configuration qui associerait deux quarks lourds à deux antiquarks lourds.

Or, c’est précisément un tel objet constitué de deux quarks lourds charmés “c” et de deux antiquarks légers “ordinaires” anti-u et anti-d (voir dessin) qui vient d’être mis en évidence par l’expérience LHCb auprès du collisionneur phare du CERN : le LHC.

Conséquence de cette stabilité, cette nouvelle particule composite, notée Tcc+, survit 10 à 1000 fois plus longtemps que les autres multiquarks éphémères dont la présence a pu être mise en évidence ces dernières années. En somme cette “molécule de quarks” est l’équivalent des molécules atomiques stables des chimistes. Cette particule est peut être le précurseur de toute une famille de multiquarks stables, “Collages de particules” (voir Le Monde du 15 Août 2021), contenant des quarks lourds (quarks charmés “c” ou quarks “b” porteurs de “beauté”) : dans ce cas l’étude fine de ces états pourrait permettre de mieux contraindre les modèles théoriques d’interaction entre les quarks.

On peut noter que des travaux de fond peuvent donner leurs fruits après de longues années : c’est bien là souvent la démarche du physicien théoricien, en somme plus proche de l’horizon du forestier que de celui de l’homme pressé !


(Crédit image : CERN)

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