Un pentaquark et la toute première paire de tétraquarks

La Collaboration internationale au Grand collisionneur de hadrons (LHC) a observé trois particules inédites : un nouveau type de pentaquark et la toute première paire de tétraquarks, qui comprend un nouveau type de tétraquark. Les résultats, présentés aujourd’hui au symposium du CERN, ajoutent trois nouveaux membres extraterrestres à la liste croissante des nouveaux hadrons découverts au LHC. Ils aideront les physiciens à mieux comprendre comment les quarks sont liés entre eux dans ces particules composites.

les quarks sont particules élémentaires Il se décline en six saveurs : haut, bas, charmant, exotique, haut et bas. Ils se combinent généralement en groupes binaires et triples pour former des hadrons tels que des protons et des neutrons qui constituent les noyaux atomiques. Cependant, rarement, il peut aussi se combiner en particules de quatre quarks et cinq quarks, ou « quarks quaternaires » et « pentaquarks ». Les théoriciens ont prédit ces hadrons étranges en même temps que les hadrons conventionnels, il y a environ six décennies, mais ce n’est que récemment, au cours des 20 dernières années, qu’ils ont été observés par le LHCb et d’autres expériences.

La plupart des hadrons exotiques découverts au cours des deux dernières décennies sont des tétraquarks ou des pentaquarks qui contiennent un quark charmé et un antiquark charmé, avec deux ou trois restants particules subatomiques Être un quark haut, bas ou impair. Mais au cours des deux dernières années, LHCb a détecté différents types de hadrons exotiques. Il y a deux ans, la Collaboration a découvert un quark quaternaire composé de deux quarks charmés et de deux quarks charmés, et deux quarks « charmants ouverts » constitués d’un antiquark charmé, d’un quark up, d’un quark down et d’un antiquark étrange. Et l’année dernière, je suis tombé sur le tout premier exemple d’un quadrant « double magie ouverte » avec deux quarks charme et un antiquark haut et bas. La magie ouverte signifie que la particule contient un quark charmé sans antiquark équivalent.

Les découvertes annoncées aujourd’hui par la collaboration LHCb incluent de nouveaux types de hadrons exotiques. Le premier type, observé dans l’analyse de la « désintégration » des mésons B chargés négativement, est un pentagone composé d’un quark charmé, d’un quark charmé, d’un quark up, d’un quark down et d’un quark étrange. C’est le premier pentagone qui contient un quark étrange. Le résultat est d’une énorme signification statistique de 15 écarts-types, bien au-delà des cinq écarts-types requis pour revendiquer l’observation de la particule dans La physique des particules.

Le deuxième type est un quadripôle doublement chargé électriquement. C’est un quatrain enchanteur ouvert composé d’un Charme Quarks, antiquarks étranges et quarks up et down Antiquark, qui a été observé avec son homologue neutre dans une analyse conjointe de la désintégration des mésons B chargés positivement et neutres. Les nouveaux tétraquarks, observés avec une signification statistique de 6,5 (particule à double charge) et 8 (particule neutre) écarts-types, représentent la première fois qu’une paire de tétraquarks a été observée.

« Plus nous effectuons d’analyses, plus nous trouvons de hadrons exotiques », explique Nils Toning, coordinateur physique de LHCb. « Nous vivons une période de découverte similaire aux années 1950, lorsque la découverte du « zoo de particules » de hadrons a commencé et a finalement conduit à quark Le modèle hadronique classique des années 1960. Nous créons « Particle Zoo 2.0 ».

« Trouver de nouveaux types de tétraquarks et de pentaquarks et mesurer leurs propriétés aidera les théoriciens à développer un modèle unifié de hadrons exotiques, dont la nature exacte est largement inconnue », déclare Chris Parks, porte-parole de LHCb. « Cela aidera également à mieux comprendre les hadrons conventionnels. »

Tandis que certaines modèles théoriques Les hadrons exotiques sont décrits comme des unités uniques de quarks étroitement liés, tandis que d’autres modèles les envisagent comme des paires de hadrons modulaires liés de manière lâche dans une structure semblable à une molécule. Seuls le temps et d’autres études sur les hadrons exotiques diront s’ils sont céréales l’un ou l’autre ou les deux.