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Au LHC, on a trouvé des particules exotiques de cinq quarks

Tout ce que vous voyez autour de vousparticules élémentaires - quarks et leptons, qui peuvent être associés à la formation de particules plus grosses, telles que des protons ou des atomes. Mais cela ne se limite pas à: ces particules subatomiques peuvent également être connectées de manière exotique, ce que nous n’avons jamais vu. La collaboration CERN LHCb a annoncé la découverte de nouvelles particules, appelées pentaquarks. Les résultats de leurs travaux peuvent nous aider à découvrir les nombreux mystères de la théorie des quarks, la partie la plus importante du modèle standard.

Au LHC, ils ont trouvé des pentaquarks: de quoi s'agit-il?

Les quarks ont d'abord été proposés pour explication.les bizarreries de nouvelles particules trouvées dans les rayons cosmiques et lors d'expériences sur des collisionneurs au milieu du XXe siècle. Ce "zoo" grandissant, des particules apparemment fondamentales ont semé la confusion dans les rangs des physiciens qui adorent la simplicité et l’ordre - et n’aiment pas produire les principes de base. Le célèbre physicien italien Enrico Fermi a remarqué l'humeur de ses collègues et a déclaré ce qui suit: "Jeune homme, si je pouvais me souvenir des noms de toutes ces particules, je serais un nerd."

Heureusement, dans les années 1960, un physicien américainMurray Gell-Mann a observé, dans le zoo de particules, des schémas similaires à ceux relevés par Dmitri Mendeleev, constituant un tableau périodique des éléments chimiques. Tout comme le tableau périodique implique l’existence de choses plus petites que les atomes, la théorie de Gell-Man suggérait l’existence d’une nouvelle classe de particules fondamentales. Les physiciens des particules ont finalement pu expliquer que les centaines de particules d'un zoo sont composées d'un nombre beaucoup plus réduit de particules véritablement fondamentales, appelées quarks.

Hadrons mystérieux

Il existe six types de quarks dans le modèle standard -bas, haut, étrange, enchanté, beau et vrai. Ils ont également des satellites sous forme d'antimatière - on pense que chaque particule possède une version d'antimatière presque identique à celle-ci, mais avec une charge opposée. Les quarks et les antiquarks sont combinés à la création de particules appelées hadrons.

Selon le modèle de Gell-Mann, il existe deux largesClasse Hadron. L'une des particules est constituée de trois quarks - les baryons (qui comprennent les protons et les neutrons constituant les noyaux atomiques) - et d'autres particules consistant en un quark et un antiquark, c'est-à-dire des mésons.

Jusqu'à récemment, les baryons et les mésons étaientles seuls types de hadrons observés expérimentalement. Mais dans les années 1960, Gell-Mann a également déduit la possibilité de combinaisons plus exotiques de quarks, tels que les tétraquarks (deux quarks et deux antiquarks) et les pentaquarks (quatre quarks et un antiquark).

En 2014, le LHCb, où l’un des quatreDes expériences géantes au grand collisionneur de hadrons du CERN ont publié des résultats montrant que la particule Z (4430) + était un tétraquark. Cela a généré un courant d'intérêt pour les nouveaux hadrons exotiques. Puis, en 2015, LHCb a annoncé la découverte du tout premier pentaquark, qui a ajouté une toute nouvelle classe de particules à la famille des hadrons.

Résultats présentés par LHCb aujourd'huise développer après la première découverte de pentaquarks en détectant de telles particules supplémentaires. Cela a été rendu possible grâce au flux de nouvelles données enregistrées lors du deuxième lancement du Grand collisionneur de hadrons. Lyming Zhang, professeur à l'Université Tsinghua de Beijing et l'un des physiciens qui ont effectué les mesures, a déclaré que "nous avons maintenant dix fois plus de données qu'en 2015, ce qui nous permet de voir des structures plus intéressantes et plus minces qu'auparavant". Lorsque Leaming et ses collègues ont enquêté sur le pentaquark d'origine, découvert en 2015, ils ont été surpris d'apprendre qu'il était divisé en deux parties. Le pentaquark original était constitué de deux particules de pentaquark séparées, dont les masses étaient si semblables qu'elles avaient été prises comme une seule particule.

Mais deux pentaquars pour le prix d'un ne sont pastoutes les nouvelles intéressantes. LHCb a également trouvé un troisième pentaquark ayant une masse inférieure à celle des deux premiers. Les trois pentaquars consistent en un quark inférieur, deux supérieurs, un quark enchanté et un antiquark enchanté.

La grande question est la suivante: Quelle est la structure interne exacte de ces pentaquarks? L'une des options est qu'ils se composent réellement de cinq quarks, mélangés de manière homogène dans un seul hadron. Une autre possibilité est que les pentaquarks soient en fait un baryon et un méson, qui se lient pour former une molécule faiblement liée, tout comme les protons et les neutrons sont liés ensemble dans un noyau atomique.

Tomash Skvarnitsky, professeur de physique à SyracuseL'université de New York, qui a également travaillé sur la mesure, a déclaré que le nouvel État avait "une masse qui donne des indices sur la structure interne des pentaquarks". L'option la plus probable est que ces pentaquarks sont des molécules baryon-méson, ajoute-t-il. Pour être tout à fait sûr, les physiciens devront mener des expériences supplémentaires et développer une théorie. Cela signifie que l'histoire des pentaquarks est loin d'être complète.

Ces résultats finissent la semaine d’incroyableAnnonces LHCb, y compris la découverte d’un nouveau type d’asymétrie de la matière et de l’antimatière. Le LHC n'a pas encore détecté de particules allant au-delà du modèle standard, ce qui pourrait aider à expliquer des énigmes telles que la matière noire, une substance invisible et inconnue qui constitue l'essentiel de la matière dans l'univers.

Cependant, ces mesures passionnantes montrentil reste beaucoup à apprendre sur les particules et les forces du modèle standard. Peut-être que notre meilleure chance de trouver des réponses aux grandes questions de la physique fondamentale réside dans une étude plus détaillée des particules que nous connaissons déjà, et non dans la découverte de nouvelles. En tout cas, il reste beaucoup à découvrir.

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