Le pentaquark, la particule subatomique découverte au LHC

Car avant cela, les scientifiques n’avaient que de fortes présomptions sur son existence. Le physicien américain Murray Gell­Mann avait bien théorisé leur existence, et d’ailleurs reçu le prix Nobel de Physique en 1969 « pour ses contributions et ses découvertes concernant la classification des particules élémentaires et leurs interactions », mais voilà, de cette époque à aujourd’hui, on accusait aucune observation concrète de cette particule.

La réhabilitation du Grand collisionneur de Hadron du Cern (LHC) a changé la donne; plus précisément l’expérience Large Hadron Collider Beauty (LHCb) qui consiste à traquer « les différences qui existent entre matière et antimatière grâce à l’étude d’un type de particule appelé  » quark beauté  » ou  » quark b ».

Le pentaquark, pour vous le présenter, est une particule composée de cinq quarks,­ les constituants fondamentaux des protons et des neutrons. En réalité, il est constitué de quatre quarks réunis en deux couples de diquarks et d’un antiquark. Il fait partie de la famille des baryons exotiques. D’après Guy Wilkinson, porte­parole de LHCb, ce n’est pas une particule ordinaire. En effet, « l’étude de ses propriétés pourrait nous permettre de mieux comprendre comment est constituée la matière ordinaire, c’est­à­dire les protons et les neutrons dont nous sommes tous composés. »

Comment s’y sont pris les chercheurs de LHCb ? Ils ont désintégré un baryon appelé Lambda b en trois autres particules et se sont aperçu, lors de l’étude du spectre de masse de deux d’entre elles, que leur production passait par des états intermédiaires. C’est en tentant de trouver une explication à ces signaux qu’ils sont parvenus à la conclusion qu’ils devaient être des états pentaquark, « formés de deux quarks u, d’un quark d, d’un quark c et d’un antiquark c. »

Si son observation a été possible, après cinquante ans de recherches, c’est en raison des nombreuses données qu’a pu obtenir le LHC couplées à la performance des détecteurs. Notamment, le LHCb, se différencie des autres détecteurs par un nombre élevé d’angles d’observation.

Le pentaquark est donc devenu officiellement une nouvelle catégorie de particules. Désormais, le travail des physiciens sera de comprendre la manière dont sont liés les quarks à l’intérieur des pentaquarks. Deux hypothèses sont actuellement envisagées. Que les quarks soient liés étroitement en est une. Qu’ils le soient faiblement est la seconde. Pour en être sûr, de nouvelles études vont devoir être effectuées. En attendant, les pentaquarks sont probablement encore loin de tout nous avoir révélé.

Par Sébastien Tribot