Depuis qu'il a commencé sa deuxième opération en 2015, le Large Hadron Collider a fait des choses assez intéressantes. Par exemple, à partir de 2016, les chercheurs du CERN ont commencé à utiliser la collision pour mener l'expérience de beauté du Grand collisionneur de hadrons (LHCb). Cette enquête cherche à déterminer ce qui s'est passé après le Big Bang afin que la matière puisse survivre et créer l'Univers que nous connaissons aujourd'hui.
Au cours des derniers mois, l'expérience a donné des résultats impressionnants, tels que la mesure d'une forme très rare de désintégration des particules et la preuve d'une nouvelle manifestation de l'asymétrie matière-antimatière. Et plus récemment, les chercheurs derrière LHCb ont annoncé la découverte d'un nouveau système de cinq particules, qui ont toutes été observées dans une seule analyse.
Selon le document de recherche, paru dans arXiv le 14 mars 2017, les particules détectées étaient des états excités de ce que l'on appelle un baryon «oméga-c-zéro». Comme d'autres particules de son genre, l'Omega-c-zero est composé de trois quarks - dont deux sont «étranges» tandis que le troisième est un quark «charme». L'existence de ce baryon a été confirmée en 1994. Depuis lors, les chercheurs du CERN ont cherché à déterminer s'il existait des versions plus lourdes.
Et maintenant, grâce à l'expérience LHCb, il semble qu'ils les aient trouvés. La clé était d'examiner les trajectoires et l'énergie laissées dans le détecteur par les particules dans leur configuration finale et de les retrouver dans leur état d'origine. Fondamentalement, les particules oméga-c-zéro se désintègrent via la force forte en un autre type de baryon (Xi-c-plus) puis via la force faible en protons, kaons et pions.
À partir de cela, les chercheurs ont pu déterminer que ce qu'ils voyaient étaient des particules oméga-c-zéro à différents états d'énergie (c'est-à-dire de tailles et de masses différentes). Exprimées en mégaélectronvolts (MeV), ces particules ont respectivement des masses de 3000, 3050, 3066, 3090 et 3119 MeV. Cette découverte était plutôt unique, car elle impliquait la détection de cinq états d'énergie supérieure d'une particule en même temps.
Cela a été rendu possible grâce aux capacités spécialisées du détecteur LHCb et au grand ensemble de données qui a été accumulé lors des premier et deuxième cycles du LHC - qui se sont déroulés de 2009 à 2013 et depuis 2015, respectivement. Armés du bon équipement et de la bonne expérience, les chercheurs ont pu identifier les particules avec un niveau de certitude écrasant, excluant la possibilité qu'il s'agissait d'un hasard statistique dans les données.
La découverte devrait également éclairer certains des mystères les plus profonds des particules subatomiques, comme la façon dont les trois quarks constitutifs sont liés à l'intérieur d'un baryon par la «force forte» - c'est-à-dire la force fondamentale qui est responsable de maintenir l'intérieur des atomes ensemble . Un autre mystère que cela pourrait aider à résoudre dans la corrélation entre les différents états des quarks.
Comme l'a expliqué le Dr Greig Cowan - un chercheur de l'Université d'Édimbourg qui travaille sur l'expérience LHCb au LHC du Cern - dans une interview à la BBC:
«Il s'agit d'une découverte frappante qui mettra en lumière la façon dont les quarks se lient. Cela peut avoir des implications non seulement pour mieux comprendre les protons et les neutrons, mais aussi pour des états multi-quarks plus exotiques, tels que les pentaquarks et les tétraquarks.“
La prochaine étape consistera à déterminer les nombres quantiques de ces nouvelles particules (les nombres utilisés pour identifier les propriétés d'une particule spécifique) ainsi qu'à déterminer leur signification théorique. Depuis sa mise en ligne, le LHC a aidé à confirmer le modèle standard de la physique des particules, et à aller au-delà pour explorer les plus grandes inconnues de la façon dont l'Univers a vu le jour et de la manière dont les forces fondamentales qui le régissent s'imbriquent.
Au final, la découverte de ces cinq nouvelles particules pourrait être une étape cruciale sur la voie d'une Théorie de Tout (ToE), ou juste une autre pièce du très grand puzzle qu'est notre existence. Restez à l'écoute pour voir lequel!
