Le Cern découvre une nouvelle particule (et c’est important)

PHYSIQUE On soupçonnait l'existence du pentaquark, mais on ne l'avait jamais observé...

Nicolas Bégasse

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Illustration d'un des deux agencements possibles du pentaquark.
Illustration d'un des deux agencements possibles du pentaquark. — CERN

Faites de la place au petit nouveau : le plus grand accélérateur de particules du monde (Large hadrons collider, ou LHC), enfoui 100 mètres sous terre à la frontière franco-suisse, a découvert une catégorie de particules, les pentaquarks, dont l’existence était soupçonnée mais n’avait jamais été vérifiée par les scientifiques. Tentons de comprendre en quoi consiste cette nouvelle découverte, annoncée mardi par le Cern, en trois petites questions.

Que sont les pentaquarks ?*

« Le pentaquark n’est pas n’importe quelle nouvelle particule », explique dans un communiqué Guy Wilkinson, porte-parole du LHCb, l’une des quatre grandes expériences du Cern. « Il est composé de quarks, à savoir les constituants fondamentaux des protons et des neutrons, assemblés selon une configuration qui, en plus de cinquante ans de recherches expérimentales, n’avait encore jamais été observée. » On n’est pas encore certain de la forme que prend cette configuration : le Cern hésite entre cinq quarks étroitement liés (photo d’illustration de l’article) ou l’assemblage d’un méson (un quark et un anti-quark) et d’un baryon (trois quarks) faiblement liés entre eux (comme ci-dessous).

Illustration d’un des deux agencements possibles du pentaquark. - CERN

 

En fait, on a plusieurs fois cru observer cette particule, et ce n’est pas la première fois qu’une publication annonçant l’existence des pentaquarks apparaît. Las : à chaque fois, il s’agissait d’erreurs d’interprétations. Mais cette fois-ci, les chercheurs du Cern en sont convaincus : le pentaquark existe bel et bien. « On a une analyse en cinq dimensions, très difficile à vous décrire mais qui nous permet d’avoir une grande confiance dans notre trouvaille », assure à 20 Minutes Patrick Koppenburg, coordinateur de physique de l’expérience LHCb.

Que représente cette découverte ?

« L’étude des propriétés du pentaquark pourrait nous permettre de mieux comprendre comment est constituée la matière ordinaire, c’est-à-dire les protons et les neutrons dont nous sommes tous composés », espère Guy Wilkinson. Et c’est tout : il ne s’agit pas là d’une découverte aussi importante que celle du boson de Higgs, ce « chaînon manquant du Modèle standard de la physique ». « Ce n’est pas ça qui va donner des indications sur la formation de l’univers », écarte Patrick Koppenburg. Mais il sera « un outil qui va permettre d’affiner les calculs ». En permettant de mieux comprendre l’interaction forte, une des quatre forces fondamentales, le pentaquark pourrait offrir une meilleure compréhension des autres processus qui ont lieu dans le LHC.

Doit-on cette découverte à la nouvelle puissance du LHC ?

Après deux ans de maintenance et de réparations, l’accélérateur de particules du Cern a repris du service ce printemps avec une capacité presque doublée. De quoi faire de nouvelles découvertes… dans quelque temps. Car les expériences ne font que commencer sur cette version 2.0 du LHC -sans parler de l’analyse des données de ces expériences. En fait, la découverte des pentaquarks découle de l’analysée de données recueillies avant cette pause de deux ans, en 2011 et 2012. « Ces analyses sont extrêmement compliquées et prennent beaucoup de temps », souligne Patrick Koppenburg. En fait, sauf en cas de « découverte extraordinaire », on ne devrait pas entendre parler des résultats des expériences menées par le LHC nouvelle version avant l’année prochaine.

*Les lecteurs les plus avertis trouveront une réponse plus complète à cette question par ici ou bien par là.