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CMS observe une nouvelle particule beauté

Les baryons Ξ (Xi), comme tous les baryons, sont des particules constituées de trois quarks. Le premier baryon X  a été découvert dans les rayons cosmiques dans les années 50.  Plus récemment, les expériences du Fermilab ont découvert les particules Xb, qui contiennent un quark b ou beauté. Cette semaine, CMS a annoncé l’observation d’un nouvel état excité du baryon neutre, le Ξb*0, le premier de la famille découvert à ce jour.

Les baryons Ξb* contiennent un quark beauté (b), un quark étrange (s), et encore soit un quark up (u), ce qui donne un baryon Ξb*0 neutre, soit un quark down (d), et on obtient un Ξb* chargé. Les états fondamentaux, c’est-à-dire les baryons Ξb de plus faible masse, chargés ou neutres – ont déjà été observés précédemment. Toutefois, aucun des états excités prédits par le Modèle Standard n’avait encore été observé. L’état excité Ξb*0 que l’on vient de découvrir à CMS est une première.

Les particules qui sont dans un état excité, y compris le Ξb*0, se défont normalement rapidement  en une cascade de désintégrations, donnant plusieurs particules de faible masse, ce qui rend la reconstitution particulièrement difficile. L’observation de CMS a été faite dans un échantillon de données de collisions proton-proton fournies en 2011 par le LHC fonctionnant à une énergie dans le centre de masse de 7 TeV. Cet échantillon correspond à une luminosité intégrée de 5,3 fb-1. La masse du nouvel état excité est, d’après les mesures, de 5945,0 ± 2,8 MeV, ce qui en fait également l’état de particule le plus lourd découvert à ce jour dans la famille des Ξ.

Les résultats de CMS présentent une signification statistique de plus de 5 écarts-type (5σ) au-dessus du bruit de fond attendu. Voilà donc un élément supplémentaire qui contribue à former une image cohérente des différents états que peut prendre la matière.

En décembre dernier, l’expérience ATLAS avait elle aussi annoncer l’observation d’une nouvelle particule, le χb(3P) fait d’un quark b et d’un antiquark b.

Pour en savoir plus, consulter le site de CMS (en anglais seulement)

Un signal clair venant de particules Ξb*0 (en bleu)  au-dessus du bruit de fond (en rouge)

ÉTATS EXCITÉS DE LA MATIÈRE

La matière peut être formée de différents états d’énergie. L’état le plus stable, c’est-à-dire celui qui survit le plus longtemps avant de se désintégrer, est appelé « état fondamental » ; c’est dans cet état que les particules ont l’énergie la plus basse possible. Les états présentant une énergie plus élevée sont appelés « états excités ». Ces états sont possibles d’après les lois de la nature, mais ils sont instables. Plus l’énergie de formation (autrement dit la masse) est élevée, plus ces particules sont instables.

Antonella del Rosso

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