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Le FERMILAB découvre un nouveau baryon avec D0 !

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Une équipe internationale de physiciens, travaillant sur l'expérience D0 du FERMILAB, a détecté une particule du modèle standard prédite depuis longtemps mais jamais observée jusqu'à aujourd'hui. Il s'agit d'un baryon formé de trois quarks, un de chaque famille, et baptisé  .

Les détails des réactions de désintégrations du nouveau baryon (Crédit :FERMILAB)
 
Vue aérienne du FERMILAB. On distingue les deux anneaux du collisionneur (Crédit : FERMILAB).

Le nouveau baryon mis en évidence par les détecteurs de l'expérience D0 du tévatron n'est pas complètement inconnu des physiciens des particules élémentaires. Il existait déjà des indications expérimentales de son existence dans les collisions étudiées avec le LEP, mais les données accumulées ne permettaient pas d'affirmer son observation avec confiance.

Il y a une autre raison, théorique, celle là, pour que le nouveau venu ne soit pas une surprise complète. La QCD, la chromodynamique quantique, la théorie qui décrit les interactions entre quarks à l'origine du monde complexe et riche des particules hadroniques, implique naturellement son existence.

Le baryon  doit en effet correspondre à l'un des nombreux hadrons que l'on peut théoriquement fabriquer en associant 3 quarks de différentes charges de couleurs et présents dans les trois doublets formant les trois familles (ou encore générations) dans le tableau ci-dessous. Très précisément pour ce baryon, il est composé des quarks d pour "down", s pour "strange" et enfin b pour "bottom". Ce qui correspond dans la terminologie française à des quarks "bas", "étrange " et enfin "beau". Le signe "-" indique que cette particule est chargée et sa masse est de 5.774±0.019 GeV/c2 , six fois celle du proton.

Même si le Lagrangien de la théorie de la QCD est bien connu, et que de nombreux travaux théoriques ont été conduits pour en étudier toutes les implications dans la théorie des interactions nucléaires fortes, il reste beaucoup de choses à comprendre dans le régime non perturbatif de celui-ci. A très haute énergie, comme les prix Nobel Gross, Wilczek et Politzer l'ont montré, la théorie se simplifie et les calculs sont faciles car la constante de couplage, caractérisant l'intensité des interactions par échange de gluons entre quarks, tend vers zéro. Il n'en est pas de même à plus basse énergie et, à part des solutions numériques approximatives, on ne sait pas calculer précisément les solutions des équations de Yang Mills dérivants par les équations de Lagrange du Lagrangien de QCD. En particulier, on ne sait pas vraiment dériver la masse des protons, des pions ou des hypérons par le calcul.

L'étude des propriétés de ce nouveau baryon contribuera sans doute un peu à y voir plus clair.

Le détecteur de l'expérience D0 du FERMILAB (Crédit : FERMILAB).

Les physiciens de l'expérience D0 ont dû scruter plusieurs milliers de milliards de particules produites par les collisions des faisceaux de protons-antiprotons du Tevatron pour trouver les 19 réactions rares faisant intervenir la production momentanée du .

Quelques-uns des scientifiques chargés de l'expérience D0 photographiés en 2001 (Crédit : FERMILAB).

Pas moins de 610 physiciens de 88 laboratoires et 19 pays de par le monde sont sur cette expérience, même si tous n'ont pas été impliqués directement dans la découverte du

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