Aujourd'hui, l'expérience LHCb au CERN présente une nouvelle découverte à la conférence de la Société européenne de physique sur la physique des hautes énergies (EPS-HEP). La nouvelle particule découverte par LHCb, étiqueté comme T cc ⁺ , est un tétraquark, un hadron exotique contenant deux quarks et deux antiquarks. C'est la particule de matière exotique à la durée de vie la plus longue jamais découverte, et le premier à contenir deux quarks lourds et deux antiquarks légers.

Les quarks sont les éléments constitutifs fondamentaux à partir desquels la matière est construite. Ils se combinent pour former des hadrons, à savoir les baryons, comme le proton et le neutron, qui se composent de trois quarks, et mésons, qui se forment sous forme de paires quark-antiquark. Ces dernières années, un certain nombre de hadrons dits exotiques, des particules à quatre ou cinq quarks, au lieu des deux ou trois conventionnels, ont été trouvés. La découverte d'aujourd'hui est celle d'un hadron exotique particulièrement unique, un hadron exotique exotique si vous voulez.

La nouvelle particule contient deux quarks charmés et un antiquark up et down. Plusieurs tétraquarks ont été découverts ces dernières années (dont un avec deux quarks charmés et deux antiquarks charmés), mais c'est le premier qui contient deux quarks charmés, sans charme antiquarks pour les équilibrer. Les physiciens appellent cela « charme ouvert » (dans ce cas, "double charme ouvert"). Les particules contenant un quark charm et un antiquark charm ont un « charm caché » :le nombre quantique de charm pour la particule entière est égal à zéro, tout comme le feraient une charge électrique positive et négative. Ici, le nombre quantique de charme s'ajoute à deux, donc il a deux fois plus de charme !

Le contenu en quarks de T cc ⁺ , a d'autres caractéristiques intéressantes en plus d'être un charme ouvert. C'est la première particule trouvée qui appartient à une classe de tétraquarks avec deux quarks lourds et deux antiquarks légers. Ces particules se désintègrent en se transformant en une paire de mésons, chacun formé par l'un des quarks lourds et l'un des antiquarks légers. Selon certaines prédictions théoriques, la masse des tétraquarks de ce type doit être très proche de la somme des masses des deux mésons. Une telle proximité en masse rend la désintégration "difficile, " résultant en une durée de vie plus longue de la particule, et effectivement T cc ⁺ , est le hadron exotique le plus ancien trouvé à ce jour.

La découverte ouvre la voie à une recherche de particules plus lourdes du même type, avec un ou deux quarks charm remplacés par des quarks bottom. La particule à deux quarks bottom est particulièrement intéressante :d'après les calculs, sa masse doit être inférieure à la somme des masses de n'importe quelle paire de mésons B. Cela rendrait la décomposition non seulement improbable, mais en fait interdit :la particule ne serait pas capable de se désintégrer via l'interaction forte et devrait le faire via l'interaction faible à la place, ce qui rendrait sa durée de vie plusieurs ordres de grandeur plus longue que n'importe quel hadron exotique précédemment observé.

Le nouveau T cc ⁺ , tétraquark est une cible attrayante pour une étude plus approfondie. Les particules dans lesquelles il se désintègre sont toutes relativement faciles à détecter et, en combinaison avec la faible quantité d'énergie disponible dans la désintégration, cela conduit à une excellente précision sur sa masse et permet l'étude des nombres quantiques de cette particule fascinante. Cette, à son tour, peut fournir un test rigoureux pour les modèles théoriques existants et pourrait même potentiellement permettre de sonder des effets auparavant inaccessibles.