Découverte d'un nouveau pentaquark par l'expérience LHCb

Jun 12, 2019

La collaboration LHCb a annoncé la découverte d'un nouveau pentaquark. Nommé Pc(4312)+, celui-ci se désintègre en un proton et une particule J/ψ (composée d'un quark c et d'un antiquark c). Cette nouvelle observation a une signification statistique de 7,3 sigmas, bien supérieure au seuil de 5 sigmas requis pour valider une découverte.

D'après le modèle classique des quarks, il existe deux catégories de particules composites : les mésons, composés de paires quark-antiquark, et les baryons, contenant trois quarks. Les particules composites qui ne rentrent pas dans cette classification sont appelées hadrons exotiques. Dans leur modèle des quarks proposé en 1964, Murray Gell-Mann et George Zweig postulaient déjà l'existence possible d'hadrons exotiques tels que les pentaquarks. Il a cependant fallu attendre 50 ans pour que celle-ci soit démontrée expérimentalement, avec la présentation par la collaboration LHCb, en juillet 2015, des structures pentaquark Pc(4450)+ et Pc(4380)+. En comparaison, la particule tout juste découverte est plus légère, et son existence jette un nouvel éclairage sur l'ensemble de la famille.

pentaquark,LHCb

Illustration de la configuration possible des quarks dans un pentaquark tel que ceux découverts à LHCb. Les cinq quarks pourraient être assemblés en un méson (un quark et un antiquark) faiblement lié à un baryon (trois quarks). (Image : Daniel Dominguez/CERN)

L'analyse présentée le 26 mars à la conférence sur la chromodynamique quantique (QCD) des Rencontres de Moriond s'appuie sur neuf fois plus de données du LHC que l'analyse réalisée en 2015. Ces données ont tout d'abord été analysées de la même manière que précédemment et les paramètres des structures déjà étudiées, Pc(4450)+ et Pc(4380)+,  se sont révélés conformes aux résultats précédents. Outre la découverte de la particule Pc(4312)+, cette analyse a également mis au jour une structure plus complexe, Pc(4450)+, composée de deux pics étroits qui se chevauchent, Pc(4440)+ et Pc(4457)+. Cette structure à deux pics a une signification statistique de 5,4 sigmas. Des études expérimentales et théoriques complémentaires doivent encore être menées pour comprendre pleinement les structures internes des états observés.

Pour en savoir plus, rendez-vous sur le site web de l'expérience LHCb (en anglais).


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