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Nouvelles scientifiques

 

Paris, le 15 juin 2007

 

Découverte d’une particule "trois parfums"

 

Les scientifiques de l’expérience D0, à laquelle participent le CNRS/IN2P3 et le CEA/DSM/Dapnia, ont découvert la particule appelée baryon Ξb (prononcé ksi-b), de masse 5,774 ± 0,019 GeV/c2, c’est-à-dire d’environ 6 fois la masse du proton. Un baryon est une particule composite faite de 3 quarks. Par exemple, le proton est un baryon chargé composé de 2 quarks "up" et d'un quark "down" et le neutron est un baryon neutre composé d'un quark "up" et de 2 quarks "down". Le Ξb, quant à lui, est un baryon chargé composé de 3 quarks dont chacun appartient à une famille différente : un quark "down", un quark "étrange" et un quark "beau". C’est la première fois que cette particule est observée. Sa découverte et la mesure de sa masse fournissent des informations supplémentaires sur la façon dont la force forte agit sur les quarks. Ce résultat a été soumis pour publication à la revue Physical Review Letters.

 

Le Ξb est produit dans les collisions protons-antiprotons de haute énergie mises en œuvre au Tevatron, l’accélérateur du laboratoire Fermilab aux États-Unis. Bien que les protons et les neutrons constituent la majorité de la matière connue aujourd’hui, des baryons composés de quarks plus lourds, comme le Ξb étaient aussi présents en abondance peu après le big-bang, au début de notre Univers.

Dans le Modèle standard de la physique des particules, les composants ultimes de la matière sont rangés en 3 familles : la première contient les quarks "up" et "down", la deuxième les quarks un peu plus lourds "charme" et "étrange" et la troisième les quarks les plus lourds "top" et "beau". La force forte lie ces quarks dans des particules composites telles que le proton, neutron ou baryon Ξb.

Jusqu’à présent, seule une évidence indirecte de l’existence du Ξb avait été annoncée par les expériences au LEP, un collisionneur électron-positron qui était en fonctionnement au Cern à Genève jusqu’en 2000. Pour la première fois, grâce à une prouesse tant technique que d’analyse, l’expérience D0 a positivement identifié cette particule à partir de la détection des particules qui sont produites lors de sa désintégration. La plupart des particules produites dans des collisions proton-antiprotons de haute énergie sont de courte durée de vie et se désintègrent presque instantanément en particules plus légères et stables. Les détecteurs de particules tels que D0 permettent de mesurer ces particules stables pour remonter aux propriétés des particules qui se sont désintégrées et ainsi pouvoir découvrir de nouvelles particules.

Une fois produit, le Ξb voyage quelques millimètres à une vitesse très proche de celle de la lumière avant de se désintégrer en une particules appelée J/ψ (prononcé j-psi) et un Ξ (prononcé ksi-moins). Le J/ψ se désintègre en une paire de muons, particules cousines des électrons. Le baryon Ξ se propage sur plusieurs centimètres avant de se désintégrer en un baryon Λ (prononcé lambda) et une particule de plus longue durée de vie appelée pion. Enfin, après avoir parcouru quelques centimètres, le Λ se désintègre en un proton et un pion. Parmi les milliers de milliards de collisions qui ont été produites au Tevatron au cours des cinq dernières années, les physiciens ont pu isoler 19 évènements de ce type, ce qui leur a permis d’annoncer la découverte du Ξb et de mesurer sa masse, soit 5,774 ± 0,019 GeV/c2.

 

D0 (du nom du point d’interaction sur le Tevatron, où est situé le détecteur) est une collaboration internationale de quelque 600 physiciens provenant de 88 instituts et 19 pays. La France contribue à cette collaboration par l’intermédiaire de groupes issus de 7 laboratoires du CNRS/IN2P3 (CPPM/Université de la Méditerranée - Marseille, IPHC/Université Louis Pasteur - Strasbourg et Université de Haute Alsace, IPNL/Université Claude Bernard - Lyon, LAL/Université Paris Sud 11 - Orsay, LPC/Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand, LPNHE/Universités Paris 6 et 7 - Paris, LPSC/Université Joseph Fourier - Grenoble) et d’une équipe du CEA/DSM/Dapnia/SPP ainsi que par une forte contribution du Centre de calcul de l’IN2P3 installé à Lyon-Villeurbanne.

 

Pour en savoir plus

 

Contact chercheur

  • Éric Kajfasz, Tél : 04 91 82 76 13
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