Des théoriciens de l'Université de Pittsburgh et de l'Université de Swansea ont montré que les récents résultats expérimentaux du collisionneur du CERN donnent des preuves solides d'une nouvelle forme de matière.

L'expérience au CERN, site du collisionneur de particules à la plus haute énergie au monde, a examiné une particule lourde appelée Lambda b qui se désintègre en particules plus légères, y compris le proton bien connu et le célèbre J/psi, découvert en 1974.

Dans un article publié en ligne aujourd'hui dans Physical Review D , les physiciens Tim Burns de Swansea au Pays de Galles et Eric Swanson de Pitt soutiennent que les données ne peuvent être comprises que si un nouveau type de matière existe.

La majeure partie de la masse observable de l'univers provient de particules appelées quarks qui se combinent pour former le proton et le neutron familiers et une foule d'autres particules qui interagissent beaucoup plus fortement que les électrons ou les neutrinos. Ces particules interagissant fortement sont connues collectivement sous le nom de hadrons, décrits dans la théorie de la chromodynamique quantique. Même si cette théorie approche de son 50e anniversaire, il reste notoirement difficile de discerner son fonctionnement interne.

"La chromodynamique quantique est l'enfant problématique du modèle standard", a déclaré Swanson. "Apprendre ce qu'il dit sur les hadrons nécessite de faire fonctionner les ordinateurs les plus rapides du monde pendant des années, ce qui rend difficile de répondre aux dizaines de questions que cette expérience unique soulève."

Pour cette raison, faire des expériences avec des hadrons et interpréter correctement les résultats est essentiel pour comprendre la chromodynamique quantique.

Jusqu'à récemment, tous les hadrons pouvaient être compris comme des combinaisons d'un quark et d'un antiquark, comme le J/psi, ou des combinaisons de trois quarks, comme le proton. Malgré cela, on soupçonne depuis longtemps que d'autres combinaisons de quarks sont possibles, ce qui équivaut à de nouvelles formes de matière. Puis, en 2004, vint la découverte d'une particule appelée X(3872), qui semblait être une combinaison de deux quarks et de deux antiquarks. D'autres nouveautés candidates sont apparues depuis lors, bien qu'aucune d'entre elles ne puisse être définitivement identifiée comme de nouvelles combinaisons exotiques de quarks.

"Parfois, une bosse dans les données est une merveilleuse nouvelle chose, et parfois ce n'est qu'une bosse", a déclaré Swanson.

Le nouveau travail combine les données du CERN avec d'autres expériences de 2018 et 2019 pour arriver à une explication cohérente de toutes les découvertes.

"Nous avons un modèle qui explique magnifiquement les données et, pour la première fois, intègre toutes les contraintes expérimentales", a déclaré Burns. L'explication nécessite l'existence de plusieurs nouvelles particules composées de quatre quarks et d'un antiquark, appelées "pentaquarks". La recherche indique également que les pentaquarks sont juste au seuil d'observation dans d'autres laboratoires.

"Il n'y a vraiment pas d'autre moyen d'interpréter les données - les états du pentaquark doivent exister", a déclaré Burns. La conclusion soulève la possibilité que d'autres pentaquarks soient possibles et qu'une toute nouvelle classe de matière soit sur le point d'être découverte. + Explorer plus loin

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