samedi 27 février 2016

Découverte d'une nouvelle particule exotique à 4 quarks

La collaboration de physique des particules DZero à Fermilab qui exploite les données de l'accélérateur Tevatron (désormais à l'arrêt) vient d'annoncer la découverte d'une toute nouvelle particule encore jamais vue : une particule formée de 4 quarks différents.


 (crédit ; Fermilab)
Les particules composées de quarks sont soit des mésons (formés d'un quark et d'un antiquark) comme les pions ou les kaons, ou soit des baryons (formés d'un mélange de trois quarks et antiquarks) comme les protons et les neutrons. Les physiciens avaient imaginé qu'il pouvait exister des particules plus complexes et exotiques faites d'une paire de quarks supplémentaire. Des indices ont été obtenus l'année dernière sur l'existence d'un pentaquark, une particule comportant 5 quarks. Mais aujourd'hui c'est une particule à 4 quarks qui vient d'être isolée, une nouvelle espèce de particule exotique vivant seulement une fraction de nanosecondes : un tetraquark.

Schéma de la désintégration du tetraquark X(5568) (Fermilab)
Les physiciens de DZero dépouillent des Petaoctets de données acquises il y a déjà plusieurs années entre 2002 et 2011 auprès du grand collisionneur américain Tevatron à Fermilab près de Chicago qui collisionnait des protons et des antiprotons à la recherche de particules exotiques qui se désintègrent notamment en paires de mésons (des mésons Bs et Pi). Le méson Bs se désintègre en mésons J/Psi et Phi, qui a leur tour se désintègrent rapidement en paires de muons/antimuons et Kaon/antiKaon respectivement. C'est par la détection de ces particules secondaires que le méson Bs est clairement identifié. Avec le méson Pi associé, l'état à quatre quarks est trouvé comme étant la seule particule possible pouvant être à leur origine. 
Elle est appelée pour le moment un tetraquark, ou encore X(5568), de par sa masse qui vaut 5568 MeV. Les physiciens de DZero ont produit au total 133 tetraquarks en excès par rapport au bruit de fond dans leurs collisions protons-antiprotons. 
Le fait que le tetraquark X(5568) se désintègre en méson Bs par interaction forte indique un fait étonnant : les quatre quarks et antiquarks qui le composent sont tous de saveur différente ; bottom, strange, up et down. Cela fait de X(5568) une particule vraiment exotique. 

La structure interne de ce tetraquark est encore très mal comprise par les physiciens des particules : les quatre quarks pourraient être liés entre eux de façon très intime ou bien ils pourraient former deux paires de quarks/antiquarks liées entre elles à la manière d'une molécule (à une échelle bien pus petite bien sûr).
Les chercheurs vont maintenant essayer de mesurer les propriétés de cette nouvelle particule exotique et d'autres candidates potentielles, en termes de masse, durée de vie, spin, parité ainsi que leurs probabilités de désintégration en différents états. Ces informations devraient permettre de fournir un éclairage nouveau sur l'interaction forte qui lie les quarks entre eux pour former les particules qui nous constituent.


Source : 

Observation of a new Bs0π± state
D0 Collaboration
soumis à Physical Review Letters