La beauté et la charme du cosmos

Debarati Chatterjee
26 oct. 2018
2 min de lecture

Anticipée, mais insaisissable jusqu'à présent: l'expérience LHCb de cette semaine a annoncé la découverte d'une nouvelle particule, appelée Ξcc++. Une découverte attendue depuis longtemps qui ouvrira la voie à la découverte d’autres particules de ce type.

L’expérience LHCb est une expérience ambitieuse réalisée au Grand collisionneur de hadrons, le «b» signifiant «beauté», l’une des entités décrivant le comportement des particules lourdes. Il s’agit d’une mission dédiée à l’étude des écarts par rapport au "modèle standard" de la physique des particules.

Selon le modèle standard, il existe quatre types de forces fondamentales qui régissent la nature; la gravité étant la plus faible, l'électromagnétisme (électricité et magnétisme décrits dans le même cadre), et les interactions nucléaires et particules régies par deux autres forces, appelées le «fort» et le «faible», en fonction de leurs forces relatives. En outre, toute la matière que nous voyons autour de nous est constituée de minuscules entités fondamentales appelées «atomes» (provenant du mot grec «atomos» qui signifie «indivisible»), un peu comme les blocs de construction de Lego. Avec l'avènement des microscopes avancés, nous sommes maintenant en mesure d'examiner plus en profondeur les atomes. Les atomes ont une structure similaire à celle des systèmes planétaires; avec un noyau massif situé au centre, composé de neutrons neutres et de protons chargés positivement, et d'électrons légers chargés négativement qui les entourent en orbite, un peu comme les planètes tournant autour du soleil. Les neutrons, les protons et les électrons sont-ils alors les structures élémentaires qui construisent toute la matière?

Il se trouve que même les neutrons et les protons ont des structures composites; ils sont construits à partir de combinaisons de trois "quarks" avec des masses fractionnelles et des nombres quantiques (nombres définissant une certaine propriété conservée). Il est intéressant de noter que les quarks peuvent être de types différents, en fonction des noms: t (top), b (bottom), c (charm), s (strange), u (up) et d (down), avec des masses de plus en plus grandes. Lorsque trois d’entre elles se combinent pour former des particules composites, appelées baryons, elles s’additionnent pour former un spectre de particules de masses et de charges différentes, le neutron et le proton étant l’un des plus légers et des plus abondants de l’univers. Les baryons les plus lourds sont ceux contenant le quark b, auxquels sont associés un nombre quantique «beauté» ou «bottom» (bas), et produits brièvement lors de collisions d'ions lourds, comme au LHC. La particule découverte, Ξcc++, est un tel baryon lourd, ayant deux c quarks en plus d'un u quark. La découverte des baryons lourds est très intéressante du point de vue de la physique des particules, car ils présentent une certaine violation lors de leur désintégration en particules plus légères, ce qui peut nous donner une idée de la raison pour laquelle, dans l'univers, la matière domine au lieu de l'antimatière.