Le CERN découvre un nouvel état pentaquark qui pourrait bouleverser notre compréhension de la matière exotique

Les physiciens de l’expérience LHCb du CERN ont annoncé la découverte d’un nouvel état pentaquark — une particule formée de cinq quarks liés entre eux selon une configuration jamais observée jusqu’ici. Ce résultat, publié cette semaine, ajoute une pièce importante au puzzle du fonctionnement de l’interaction forte au niveau le plus fondamental.

Les pentaquarks ont été confirmés pour la première fois en 2015, mais le nouvel état présente une combinaison inhabituelle de quarks charmés et étranges, agencés d’une manière qui remet en question les modèles théoriques existants. La particule a été détectée grâce à l’analyse des schémas de désintégration issus de milliards de collisions proton-proton au Grand collisionneur de hadrons.

La découverte est particulièrement enthousiasmante, car elle suggère que les quarks peuvent former des états liés stables de façons plus diverses qu’on ne le pensait. La matière ordinaire — tout ce que nous voyons autour de nous — est constituée de particules contenant deux ou trois quarks. Les pentaquarks, avec leur structure à cinq quarks, représentent une manière fondamentalement différente d’organiser la matière.

Liupan An, qui compte parmi les principaux responsables de ces recherches, a expliqué que le nouveau pentaquark semble se comporter comme une molécule étroitement liée de petits amas de quarks plutôt que comme cinq quarks flottant librement ensemble. Cette structure quasi moléculaire fournit des indices importants sur l’interaction forte, notoirement difficile à calculer à partir des premiers principes.

Les implications s’étendent aussi à l’astrophysique. Comprendre la matière exotique des quarks est essentiel pour modéliser l’intérieur des étoiles à neutrons, où des pressions extrêmes pourraient créer des configurations exotiques similaires. Ce résultat pourrait aider à expliquer de récentes observations d’ondes gravitationnelles laissant entrevoir des structures internes inattendues dans des étoiles à neutrons en cours de fusion.

La collaboration LHCb prévoit de poursuivre la recherche d’autres états exotiques alors que le collisionneur entre dans sa prochaine période d’exploitation à haute luminosité, qui produira dix fois plus de données et pourrait révéler tout un zoo de particules encore inconnues.