Aujourd'hui, lors de la conférence EPS sur la physique des hautes énergies à Venise, l'expérience LHCb au Grand collisionneur de hadrons du CERN a rapporté l'observation de Ξ cc ⁺⁺ (Xi cc ⁺⁺ ) une nouvelle particule contenant deux quarks charmés et un quark up. L'existence de cette particule de la famille des baryons était attendue par les théories actuelles, mais les physiciens recherchent depuis de nombreuses années de tels baryons avec deux quarks lourds. La masse de la particule nouvellement identifiée est d'environ 3621 MeV, qui est presque quatre fois plus lourd que le baryon le plus connu, le proton, une propriété qui découle de son contenu en quarks doublement charmés. C'est la première fois qu'une telle particule est détectée sans ambiguïté.

Presque toute la matière que nous voyons autour de nous est faite de baryons, qui sont des particules communes composées de trois quarks, les plus connus étant les protons et les neutrons. Mais il existe six types de quarks existants, et théoriquement, de nombreuses combinaisons potentielles différentes pourraient former d'autres types de baryons. Les baryons observés jusqu'à présent sont tous faits de, au plus, un quark lourd.

"Trouver un baryon à quarks doublement lourd est d'un grand intérêt car il fournira un outil unique pour sonder davantage la chromodynamique quantique, la théorie qui décrit l'interaction forte, l'une des quatre forces fondamentales, " dit Giovanni Passaleva, nouveau porte-parole de la collaboration LHCb. "De telles particules nous aideront ainsi à améliorer le pouvoir prédictif de nos théories."

« Contrairement aux autres baryons, dans lequel les trois quarks exécutent une danse élaborée les uns autour des autres, un baryon doublement lourd devrait agir comme un système planétaire, où les deux quarks lourds jouent le rôle d'étoiles lourdes en orbite l'une autour de l'autre, avec le quark plus léger en orbite autour de ce système binaire, " a ajouté Guy Wilkinson, ancien porte-parole de la collaboration.

Mesurer les propriétés du Ξ cc ⁺⁺ aidera à établir le comportement d'un système de deux quarks lourds et d'un quark léger. Des informations importantes peuvent être obtenues en mesurant avec précision les mécanismes de production et de décomposition, et la durée de vie de cette nouvelle particule.

L'observation de ce nouveau baryon s'est avérée difficile et a été rendue possible grâce au taux de production élevé de quarks lourds au LHC et aux capacités uniques de l'expérience LHCb, qui peut identifier les produits de désintégration avec une excellente efficacité. Le cc ⁺⁺ baryon a été identifié par sa désintégration en un c ⁺ baryon et trois mésons plus légers K ^- , ?? ⁺ et ⁺ .

L'observation du cc ⁺⁺ dans LHCb soulève les attentes pour détecter d'autres représentants de la famille des baryons doublement lourds. Ils seront désormais recherchés au LHC.

Ce résultat est basé sur des données de 13 TeV enregistrées lors de l'essai 2 au Large Hadron Collider, et confirmé à l'aide des données de 8 TeV de l'essai 1. La collaboration a soumis un article rapportant ces résultats à la revue Lettres d'examen physique .