Les physiciens du CERN détectent une nouvelle particule ‘beauté’

Des scientifiques suisses viennent d’annoncer l’observation d’une nouvelle particule fondamentale. La particule, appelée baryon Xib*0 composée est la première de ce type découverte à ce jour. Ceci vient une nouvelle fois confirmer la théorie du Modèle Standard alors que nous attendons encore la confirmation de l’existence du chaînon manquant, le fameux boson de Higgs. Ce nouveau résultat du LHC offre aussi un nouveau niveau de compréhension des énergies liant les constituants de la matière entre eux.

Des scientifiques suisses viennent d’annoncer l’observation d’une nouvelle particule fondamentale. La particule, appelée baryon Xib*0 composée est la première de ce type découverte à ce jour. Ceci vient une nouvelle fois confirmer la théorie du Modèle Standard alors que nous attendons encore la confirmation de l’existence du chaînon manquant, le fameux boson de Higgs. Ce nouveau résultat du LHC offre aussi un nouveau niveau de compréhension des énergies liant les constituants de la matière entre eux.

 

Selon le Modèle Standard de la physique des particules, les baryons sont faits de trois quarks, les briques les plus fondamentales de la matière. Les plus connus sont le proton et le neutron, deux baryons constituant les noyaux des atomes. Il existe en tout six quarks de masses et de charges différentes. Les physiciens ont déjà réussi à détecter les baryons composés des trois quarks les plus légers : le quark d (down), le quark  u (up) et le quark s (strange).

Les éléments de la matière existent dans différents états énergétiques. Généralement plus leur énergie est basse, plus les particules sont stables. Elles se désintègrent alors lentement. Au contraire, les états excités, d’énergie plus élevée, sont instables. Une fois créés, ils se désintègrent très rapidement en une multitude de particules de faible masse. Les baryons les plus lourds n’ont que rarement été observés à ce jour.

 

Image d'une collision de protons contre protons à 7 TeV dans le détecteur CMS produisant plus de 100 particules chargées (c) 2012 CERN
Collisions CMS

La détection de l’état excité du baryon neutre Xib*0, composé d’un quark léger (beauty) et de deux lourds (strange et down), est une grande première. Elle vient confirmer le Modèle Standard qui prédisait trois états pour le baryon Xib, l’état neutre et chargé ayant déjà été observés. Les équipes suisses de l’université de Zurich travaillant sur l’expérience Compact Muon Solenoid (CMS) au CERN viennent de soumettre un article présentant cette étude (disponible en open access sur ArXiv). La particule a été détectée lors de collisions protons contre protons à de très hautes énergies (autour de 7 TeV). Leurs résultats sont accompagnés d’un niveau de confiance élevé (99.99%) ce qui est largement suffisant pour affirmer que le signal observé correspond à la découverte d’une nouvelle particule. La masse de cette particule a été estimée à un peu moins de 6 GeV ± 2.8 MeV ce qui la classe parmi les particules les plus lourdes que nous connaissons.

 

Le détecteur CMS mesure 21 m de long, 15 m de large et 15 m de hauteur. Il pèse 12 500 tonnes. - source : ars electronica / Flikr
Size: 21 m long, 15 m wide and 15 m high. Weight: 12 500 tonnes

Depuis plus de deux ans, le  LHC (Large Hadron Collider) « collisionne » à plein régime afin d’étudier les forces et les interactions entre les éléments les plus élémentaires de la matière. Depuis 2011, les nouvelles observations du LHC se sont multipliées. Plusieurs nouvelles particules ont été découvertes alors que l’énergie des collisions est graduellement augmentée chaque année. En effet, plus l’énergie des particules s’entrechoquant est grande, plus les particules peuvent interagir au plus profond de leur noyau pour donner des particules encore inconnues. Les données de l’année 2011 sont encore à l’étude alors que le programme du LHC prévoit de tripler en 2012 le nombre de données et d’étudier les collisions à des énergies encore plus hautes (8 TeV). Selon les experts, la quantité de données acquises fin 2012 par le LHC devrait être suffisante pour conclure quant à l’existence de l’hypothétique boson de Higgs censé être responsable de la masse des particules.

 

  * Les 6 quarks composant la matière sont les quarks Down (Bas), Up (Haut), Strange (Étrange), Charm (Charme), Bottom ou Beauty (Beauté), Top ou Truth (Vérité).   Pour en savoir plus : CMS observe une nouvelle particule beauté http://www.quantumdiaries.org/2012/04/27/cms-observe-une-nouvelle-particule-beaute/ New Particle Discovered at CERN http://www.sciencedaily.com/releases/2012/04/120427095621.htm More information on the shower of particules detected http://cms.web.cern.ch/news/observation-new-xib0-beauty-particle