Plus de trois ans après avoir découvert une particule subatomique jamais vue auparavant, les physiciens savent maintenant comment ces particules - appelées pentaquarks - sont assemblées.
De nouvelles recherches révèlent trois types de pentaquarks complètement nouveaux et montrent qu'ils sont chacun constitués de deux composants: un amas de trois quarks appelé baryon et un appariement de quarks et d'antiquark appelé méson.
"Nous avons obtenu une image beaucoup plus nette et nous avons dit:" Oh mon dieu, il y a des choses que nous n’avons pas imaginées "", a déclaré Tomasz Skwarnicki, responsable de l’étude, physicien à l’Université de Syracuse, dans l’État de New York.
Structure subatomique
Les quarks sont des particules subatomiques qui existent en six types (haut, bas, étrange, charme, bas et haut). Ce sont les éléments constitutifs des protons et des neutrons, qui sont constitués de trois quarks chacun. Ces particules à trois quarks sont également appelées baryons. Un autre type de particules important est le méson; ceux-ci sont constitués chacun d'un quark et d'un antiquark. Les antiquarks sont les étranges cousins antimatière des quarks.
Dans les années 1960, lorsque les physiciens ont commencé à théoriser sur tous ces quarks, ils ont réalisé qu'il n'y avait aucune raison de ne pas avoir de particules composées de quatre ou cinq quarks, a déclaré Skwarnicki à Live Science. Mais il n'y avait pas eu de preuve expérimentale de particules à cinq quarks ou de pentaquarks - c'est-à-dire jusqu'en 2015, lorsque Skwarnicki et ses collègues ont découvert les objets parmi les particules créées par les collisions dans le Grand collisionneur de hadrons à Genève.
À l'époque, a déclaré Skwarnicki, les données étaient un peu floues. Depuis lors, les chercheurs ont multiplié par neuf la quantité de données dont ils disposent sur ces pentaquarks. Cela a conduit à une image beaucoup plus nette, a déclaré Skwarnicki.
Boules de quarks
La première chose que les chercheurs ont découverte est qu'il existe trois pentaquarks séparés de trois masses uniques parmi les particules du LHC. L'un n'était auparavant pas détecté. Les deux autres étaient apparus comme un pic dans le spectre de la masse des particules dans l'étude de 2015, mais sont maintenant apparents comme deux particules distinctes avec des masses distinctes.
Plus important encore, les nouvelles données révèlent les structures internes de ces pentaquarks. Auparavant, Skwarnicki a déclaré qu'il n'était pas clair comment les cinq quarks étaient disposés à l'intérieur du pentaquark. Ont-ils tous interagi les uns avec les autres? Ou y avait-il à la place deux amas - un baryon à trois quarks et un méson (la particule composée d'un quark et d'un antiquark) qui interagissaient?
Les nouvelles données révèlent que c'est le dernier cas. Sur la base de la décomposition des quarks - ils sont instables et n'existent que brièvement avant de modifier leurs configurations - ils doivent être constitués de baryons et de mésons en interaction, a déclaré Skwarnicki. Les pentaquarks sont constitués d'un quark de charme, un quark anti-charme, deux quarks up et un quark down. Ils ont des masses différentes car les quarks existent dans différents états quantiques.
"L'importance des nouvelles observations est qu'elles pointent désormais dans une direction claire", a-t-il déclaré. Chaque pentaquark est composé d'un baryon avec trois quarks à l'intérieur et d'un méson avec un quark et un antiquark.
"C'est comme deux boules de quarks séparées qui collent l'une à l'autre", a déclaré Skwarnicki.
Skwarnicki a présenté les résultats le 26 mars lors de la conférence de physique Rencontres de Moriond à La Thuile, en Italie. Les chercheurs envisagent de prendre de nouvelles mesures pour confirmer leurs conclusions, a déclaré Skwarnicki, et ils prévoient de rechercher d'autres arrangements de pentaquark.
"Je suis en fait confiant qu'à l'avenir, nous verrons davantage de ces particules de type pentaquark", a-t-il déclaré.
