X(3872) : une combinaison exotique de quarks ?

D’après le Modèle standard des particules, les quarks sont les plus petits constituants de la matière. Jusqu’à présent, on n’a pu observer que des paires quark-antiquark (les mésons) et des combinaisons de trois quarks (les baryons). Toutefois, au cours des dernières décennies, on a commencé à voir apparaître dans le zoo des particules certains états encore mal compris. Leur nature reste un mystère, mais l’expérience LHCb a désormais fait un pas en avant dans la compréhension de l’une de ces particules, appelée X(3872).

 

Une collision proton-ion plomb, observée par le détecteur LHCb pendant la période d'acquisition de données 2013.

Le X(3872) n’est pas encore à la une des journaux, mais son existence intrigue les scientifiques qui se penchent sur la question, depuis sa première observation réalisée par l'expérience Belle il y a une dizaine d’années. Encore aujourd'hui, on ne sait pas comment elle est constituée, notamment en raison des difficultés théoriques rencontrées pour la classer comme un état quark-antiquark dans le spectre dit du charmonium (puisqu’elle comporte des quarks charmés) et en raison des difficultés expérimentales rencontrées pour l'attraper.

Grâce à un volume de données accru, on a pu réaliser une analyse angulaire poussée des données de 2011 et, même dans l'environnement encombré de la région des petits angles au LHC, la collaboration LHCb a réussi à déterminer sans ambiguïté avec une signification statistique très élevée (8 sigmas) les nombres quantiques du X(3872). « La valeur de la masse et les nombres quantiques que nous avons trouvés ne peuvent pas s’expliquer facilement par une simple combinaison d’un quark et d’un antiquark », souligne Pierluigi Campana, porte-parole de LHCb. Et de fait, le résultat de LHCb laisse penser que le X(3872) a une nature plus exotique, telle qu’un état lié de plusieurs quarks (tétraquark ou molécule D-D*).

Le X(3872) n’est pas la seule particule dont la nature est mal connue. D’autres particules sont dans le même cas. « Nous continuerons à travailler sur ces états exotiques en nous appuyant sur les données complètes 2011-2012, conclut Pierluigi Campana. Ce résultat constitue un nouveau levier pour les théoriciens qui travaillent sur de nouveaux modèles permettant d'expliquer la nature exotique du X(3872). »

Il sera bientôt temps pour cette particule d’adopter un nom moins obscur.

par Antonella Del Rosso