L'expérience LHCb au CERN est un foyer de résultats de physique nouveaux et exceptionnels. Au cours des derniers mois seulement, la collaboration a annoncé la mesure d'une désintégration de particules très rare et la preuve d'une nouvelle manifestation de l'asymétrie matière-antimatière, pour ne citer que deux exemples.

Dans un article publié aujourd'hui, la collaboration LHCb a annoncé la découverte d'un nouveau système de cinq particules en une seule analyse. Le caractère exceptionnel de cette découverte est que l'observation de cinq nouveaux états à la fois est un événement assez unique.

Les particules se sont avérées être des états excités - un état de particule qui a une énergie plus élevée que la configuration minimale absolue (ou état fondamental) - d'une particule appelée "Omega-c-zero", ?? c ⁰ . Ce c ⁰ est un baryon, une particule avec trois quarks, contenant deux quarks « étranges » et un « charme ». Ωc0 se désintègre via la force forte en un autre baryon, appelé "Xi-c-plus", c ⁺ (contenant un "charme", un quark "étrange" et un quark "up") et un kaon K ^-. Alors le c ⁺ la particule se désintègre à son tour en un proton p, un kaon K- et un pion π ⁺ .

De l'analyse des trajectoires et de l'énergie laissée dans le détecteur par toutes les particules dans cette configuration finale, la collaboration LHCb pourrait retracer l'événement initial - la désintégration du Ω c ⁰ – et ses états excités. Ces états de particules sont nommés, selon la convention type, ?? c (3000)0, c(3050) ⁰ , ?? c (3066) ⁰ , c(3090) ⁰ et c(3119) ⁰ . Les nombres indiquent leurs masses en mégaélectronvolts (MeV), mesurée par LHCb.

Cette découverte a été rendue possible grâce aux capacités spécialisées du détecteur LHCb dans la reconnaissance précise de différents types de particules et également grâce au vaste ensemble de données accumulées au cours des premier et deuxième passages du Large Hadron Collider. Ces deux ingrédients ont permis d'identifier les cinq états excités avec un niveau de signification statistique écrasant, ce qui signifie que la découverte ne peut pas être un simple coup de chance statistique.

La prochaine étape sera la détermination des nombres quantiques de ces nouvelles particules – des nombres caractéristiques utilisés pour identifier les propriétés d'une particule spécifique – et la détermination de leur signification théorique. Cette découverte contribuera à comprendre comment les trois quarks constitutifs sont liés à l'intérieur d'un baryon et également à sonder la corrélation entre les quarks, qui joue un rôle clé dans la description des états multiquarks, comme les tétraquarks et les pentaquarks.