La collaboration LHCb découvre une nouvelle particule apparentée au proton, dotée de deux quarks charmés

Les physiciens de l’expérience LHCb au CERN ont annoncé la découverte d’une nouvelle particule subatomique remarquable : le baryon doublement charmé, désigné sous le nom de particule Xi_cc+. Ce baryon exotique contient deux quarks charmés lourds et un quark bas, ce qui le distingue fondamentalement des protons ordinaires, composés de deux quarks hauts et d’un quark bas.

La découverte a été rendue possible par le détecteur LHCb modernisé, qui collecte des données pendant le Run 3 du Grand collisionneur de hadrons. Les chercheurs ont observé un pic net d’environ 915 événements autour de 3 620 MeV/c², avec une significativité statistique supérieure à 7 sigmas — bien au-delà du seuil de 5 sigmas requis pour revendiquer une découverte en physique des particules.

La nouvelle particule a une masse environ quatre fois supérieure à celle d’un proton, en raison de la présence de deux quarks charmés, nettement plus lourds que les quarks hauts qu’ils remplacent. Le Xi_cc+ constitue ainsi un précieux laboratoire pour étudier comment l’interaction forte — l’une des quatre forces fondamentales de la nature — lie les particules composites entre elles selon différentes configurations de masses de quarks.

Comprendre comment des quarks de masses différentes interagissent au sein des baryons est essentiel pour affiner la chromodynamique quantique (QCD), la théorie qui décrit l’interaction forte. Si la QCD s’est montrée remarquablement efficace pour prédire de nombreux aspects du comportement des particules, les baryons doublement lourds comme le Xi_cc+ sondent des régions de la théorie qu’il était jusqu’ici difficile de tester expérimentalement.

Il s’agit de la première nouvelle particule identifiée avec le détecteur LHCb modernisé, preuve de la sensibilité accrue et des capacités de traitement de données renforcées de l’instrument après sa profonde rénovation. L’expérience LHCb est spécialisée dans l’étude des différences entre matière et antimatière, et ses systèmes de trajectographie de précision la rendent particulièrement apte à détecter des particules rares et exotiques.

La découverte a été accueillie avec enthousiasme par la communauté des physiciens, car elle ouvre de nouvelles pistes pour explorer la structure fondamentale de la matière. L’analyse ultérieure des propriétés de la particule Xi_cc+, notamment sa durée de vie et ses modes de désintégration, permettra de nouveaux tests des prédictions théoriques et pourrait révéler des aspects inattendus de l’interaction forte.