Des chercheurs de l’université de Manchester ont joué un rôle essentiel dans la découverte d’une nouvelle particule subatomique au sein du Grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN. Cette particule, nommée Ξcc+ (xi-c-plus), représente un nouveau type de particule lourde semblable au proton, composée de deux quarks charmés et d’un quark étrange.
La particule Ξcc+ est un cousin plus massif du proton, qui fut découvert à Manchester par Ernest Rutherford et ses collègues entre 1917 et 1919. Le proton, quant à lui, est constitué de deux quarks hauts et d’un quark bas. Les détails de la découverte de Ξcc+ ont été exposés lors de la conférence Rencontres de Moriond Electroweak.
Ce nouvel élément remplace les quarks hauts par leurs homologues plus lourds, les quarks charmés. Il s’inscrit dans une lignée de découvertes débutées dans les années 1950, lorsque des physiciens de Manchester identifièrent pour la première fois un membre de la famille de particules Ξ (xi).
Cette découverte constitue le premier résultat obtenu grâce au détecteur LHCb modernisé, un projet international ambitieux réunissant plus de 1000 scientifiques provenant de 20 pays.
Le professeur Chris Parkes, responsable du département de physique et d’astronomie de l’université de Manchester, a dirigé la collaboration internationale lors de l’installation et des premières opérations du détecteur modernisé. L’équipe LHCb de Manchester a conçu et fabriqué des composants clés, notamment des modules de détecteurs à pixels en silicium, assemblés dans le bâtiment Shuster de l’université. Ces détecteurs sont essentiels pour une reconstruction précise des désintégrations de particules, où le signal Ξcc+ a été identifié.
Le professeur Parkes a déclaré : « L’expérience de Rutherford avec une feuille d’or dans le sous-sol de Manchester a révolutionné notre compréhension de la matière, et la découverte d’aujourd’hui poursuit cette tradition en utilisant des technologies de pointe au CERN. Ces deux réalisations illustrent le potentiel de la recherche guidée par la curiosité ».
Le docteur Stefano De Capua de l’université de Manchester, qui a dirigé la fabrication des modules de détecteurs en silicium, a ajouté : « Le détecteur fonctionne comme une sorte de ‘camera’, enregistrant les particules générées par le LHC à 40 millions de fois par seconde. Il utilise une puce en silicium spécifiquement conçue, qui trouve également des applications en imagerie médicale ».
La particule Ξcc+ a été identifiée par le biais de sa désintégration en trois particules plus légères (Λc+ K- π+) lors de collisions proton-proton au LHC en 2024, durant la première année de fonctionnement complet de l’expérience modernisée LHCb. On a observé un pic clair d’environ 915 événements à une masse de 3619,97 MeV/c², correspondant aux attentes basées sur la particule jumelle Ξcc++ déjà découverte.
Cette observation clôt un débat qui persiste depuis plus de deux décennies, suite à une déclaration non confirmée concernant la détection de cette particule. Bien que celle-ci ait été captée par le détecteur LHCb à une masse incohérente avec cette première affirmation, elle correspond parfaitement aux attentes théoriques.
Points à retenir
- Découverte d’une nouvelle particule Ξcc+ au CERN par des chercheurs de Manchester.
- Cette particule contient deux quarks charmés et un quark étrange, la différenciant du proton classique.
- L’utilisation d’un détecteur LHCb modernisé a permis cette avancée significative.
- Participation d’une équipe internationale de scientifiques, soulignant la collaboration dans la recherche fondamentale.
- Ce travail s’inscrit dans un héritage de découvertes en physique des particules, initiées à Manchester.
En conclusion, il est fascinant de constater à quel point chaque découverte dans le domaine de la physique des particules peut redéfinir notre compréhension de l’univers. Je me demande souvent quelles seront les prochaines avancées qui pourraient émerger de cette recherche incessante. Chaque nouvelle particule ne représente pas seulement un élément de plus dans notre tableau de la matière, mais également un pas vers des réponses aux questions fondamentales qui habitent l’humanité. C’est avec un grand enthousiasme que j’attends les révélations futures qui pourraient nous venir de cette collaboration internationale et des technologies innovantes déployées au CERN.