Pentaquark
Unpentaquarkest uneparticule subatomiquecomposée de cinqquarksqui a été prévue par les théoriciens en 1997[1].
La recherche des pentaquarks (et destétraquarks) est devenue un sujet d’étude à part entière en physique expérimentale[2],et plusieurs pentaquarks ont été produits auLHC,de type ccqqq[a],[3].
Historique
[modifier|modifier le code]L'existence des pentaquarks fut prédite initialement parMaxim Polyakov,Dmitri Diakonov(de)etVictor Petrovde l'Institut de physique nucléaire de Saint-Pétersbourg(ru)en1997;mais leur théorie fut accueillie avec scepticisme[4].
Toutefois, un nouveau groupe, celui desbaryons exotiques,a été introduit dans la classification des particules à la suite de leur découverte. Ce groupe contient les pentaquarks et d'autres particules similaires.
Plusieurs expériences auraient mis en évidence l'existence des pentaquarks:
- leaurait été le premier à être observé, en2003,et il pos sắc de une masse d'environ1 540MeV.Ces résultats sont cependant controversés. Le pentaquarkaurait été observé pour la première fois leparTakashi Nakano(ja)de l'université d'Osaka.L'expérience fut confirmée parKenneth HicksduJefferson Lab.L'annonce officielle fut publiée dans la revuePhysical Review Lettersle[5].L'expérience consistait à faire interagir unrayon gammaà haute énergie avec unprotonet unneutron,créant unmésonK−et un pentaquark,le.Ce dernier subsista durant environ 10−20secondeavant de se transformer en un méson K+et un neutron.
- Le,le premier pentaquark contenant unquarkcharm,le,aurait été observé au moyen de l'accélérateur de particulesallemandHERA[6].
- Ces résultats ont été mis en doute en2005par les chercheurs duJefferson Labqui n'ont pas réussi à détecter la particule, malgré une précision statistique dix fois supérieure aux recherches entreprises par leur laboratoire et d'autres en 2004. De plus, en analysant le précédent enregistrement qui les avait conduits à affirmer l'existence du pentaquark, les physiciens[7]conclurent que le signal ne se distinguait que très faiblement du bruit de fond.
- Le,leCERNannonce officiellement que les données fournies par le détecteurLHCbduGrand collisionneur de hadronsont permis d'observer des particules composées de cinq quarks(deuxup,undown,uncharmet un anti-charm) et de charge +1, lors de la désintégration du baryon[8],[9],[10].
- Le,la collaborationLHCbpublie la découverte de trois nouveaux états[b]d'un même pentaquark, de masses 4 312,4 440et4 457MeV[11].Tous trois sont constitués de deux quarksup,undown,uncharmet unanticharm,mais qui seraient organisés différemment.
Caractéristiques et structure
[modifier|modifier le code]L'organisation interne des pentaquarks est sujette à débat.
- Pour certains théoriciens, un pentaquark est simplement, comme unbaryonou unméson,un ensemble non structuré de quarks liés par l'échange degluons[12].
- Pour d'autres,un pentaquark est composé de deuxdiquarks(en),et d'unantiquark[réf. nécessaire].Ainsi lenombre baryoniqued'un pentaquark est de:
- .
- Une troisième hypothèse, dite « moléculaire », est qu'un pentaquark est constitué d'un baryon (trois quarks liés par l'échange de gluons) et d'un méson (un quark et un antiquark liés par l'échange de gluons), liés par l'échange demésons pi[12].La découverte par l'expérienceLHCbde trois nouveaux états[b]d'un même pentaquark[11]conforte cette hypothèse: d'une part les masses correspondant à ces trois états sont légèrement inférieures à la somme des masses d'un baryon et d'un méson (ou d'un méson dans un état excité, selon les cas), signe d'une liaison baryon-méson, et d'autre part l'enfermement duquark charméet de son antiparticule dans deux ensembles séparés (le baryon et le méson, respectivement) expliquerait qu'ils ne s'annihilent pas.
Liste
[modifier|modifier le code]Les pentaquarks observés ou prédits par la théorie sont:
Nom (composition) | État | Masse(incertitude)MeV |
---|---|---|
Observé | 1 539 (95) | |
Observé, non confirmé | 2 977 (109) | |
Observé | 1 826 (87) | |
Pourrait correspondre à larésonance de RoperN(1440)P11 | 1 460 (51) | |
Hypothétique | 3 180 (69) | |
Hypothétique | 3 180 (69) | |
Hypothétique | 3 650 (95) | |
Hypothétique | 3 650 (95) | |
Hypothétique | 3 650 (95) | |
Hypothétique | 2 785 (46) | |
Hypothétique | 2 785 (46) | |
Hypothétique | entre2 580 et2 910 | |
Hypothétique | entre6 050 et6 400 | |
Observé[11] | 4 312, 4 440 et 4 457 |
L'existence d'autres pentaquarks plus étranges, contenant par exemple deux quarkset un antiquark,a été proposée.
Notes et références
[modifier|modifier le code]Notes
[modifier|modifier le code]- c:quark charmé,c:antiquark charmé, q:quark léger.
- En réalité les états à4 440et4 457MeVremplacent l'état à4 450MeVannoncé en 2015.
Références
[modifier|modifier le code]- Georg Wolschin, «Des quarks aux pentaquarks»,Pour la science,no471,,p.27.
- Wolschin 2017,p.27.
- (en)«LHC as a Large Hadron Discovery Factory», surLHC,(consulté le).
- (en)DmitriDiakonov,VictorPetrovet MaximPolyakov,«Exotic anti-decuplet of baryons: prediction from chiral solitons»,Zeitschrift für Physik A Hadrons and Nuclei,vol.359,no3,,p.305–314(ISSN1431-5831,DOI10.1007/s002180050406,lire en ligne,consulté le)
- (en)T. Nakano(ja)et al.,«Evidence for a NarrowS = + 1Baryon Resonance in Photoproduction from the Neutron»,Physical Review Letters,vol.91,no1,,articleno012002(DOI/10.1103/PhysRevLett.91.012002,lire en ligne[PDF],consulté le).
- (en)W.-M. Yao etal,«Review of Particle Physics»,Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics,vol.33,no1,,p.1–1232(ISSN0954-3899,DOI10.1088/0954-3899/33/1/001,lire en ligne,consulté le)
- Thomas D.Cohen,Paul M.Hohleret Richard F.Lebed,«On the existence of heavy pentaquarks: The large ${N}_{c}$ and heavy quark limits and beyond»,Physical Review D,vol.72,no7,,p.074010(DOI10.1103/PhysRevD.72.074010,lire en ligne,consulté le)
- Wolschin 2017,p.26 et 28.
- (en)«14 July 2015: Observation of particles composed of five quarks»sur la page officielle duLHCb,le.
- «CERN: première observation concluante de pentaquarks»,Le Temps(consulté le).
- (en)R. Aaijet al.(LHCb Collaboration), «Observation of a Narrow Pentaquark State,Pc(4312)+,and of the Two-Peak Structure of thePc(4450)+»,Physical Review Letters,vol.122,,articleno222001(DOI/10.1103/PhysRevLett.122.222001,lire en ligne[PDF],consulté le).
- (en)Adrian Cho, «New pentaquarks hint at zoo of exotic matter»,Science,vol.364,no6444,,p.917.
Voir aussi
[modifier|modifier le code]Bibliographie
[modifier|modifier le code]- Georg Wolschin, «Des quarks aux pentaquarks»,Pour la science,no471,,p.20-28.