Pentaquark

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Un pentaquark est une particule subatomique composée par un groupe de cinq quarks, alors que les baryons normaux sont composés de trois quarks et les mésons, de deux.

Plus précisément, un pentaquark serait composé de quatre quarks, réunis en 2 couples de diquarks, et d'un antiquark. Ainsi le nombre baryonique d'un pentaquark est de q (2 × (2/3 - 1/3)+ opp(- 1/3))=1. Un nouveau groupe, les baryons exotiques, a été introduit dans la classification des particules à la suite de leur découverte. Ce groupe contient les pentaquarks et d'autres particules similaires.

Plusieurs expériences ont mis en évidence l'existence des pentaquarks : le \Theta^+ aurait été le premier à être observé, en 2003, et il possède une masse d'environ 1540 MeV. Ces résultats sont cependant controversés.

L'existence des pentaquarks fut prédite initialement par Maxim Polyakov, Dmitri Diakonov et Victor Petrov de l'Institut de physique nucléaire de Saint-Petersbourg en 1997 ; mais leur théorie fut accueillie avec scepticisme.

Le pentaquark \Theta^+ aurait été observé pour la première fois le 14 janvier 2003 par Takashi Nakanon de l'Université d'Osaka. L'expérience fut confirmée par Ken Hicks du Jefferson Lab. L'annonce officielle fût publiée dans la revue Physical Review Letters le 4 juillet 2003. L'expérience consistait à faire interagir un rayon gamma à haute énergie avec un proton et un neutron, créant un méson K- et un pentaquark [ud][ud]\bar s, le \Theta^+. Ce dernier subsista durant environ 10-20 seconde avant de se transformer en un méson K+ et un neutron.

Le 17 mars 2004, le premier pentaquark contenant un quark charm, le \Theta_c ([ud][ud]\bar c), aurait été observé au moyen de l'accélérateur de particules allemand HERA.

Ces recherches ont été mises en doute en 2005 par les chercheurs du Jefferson Lab qui n'ont pas réussi à détecter la particule, malgré une précision statistique dix fois supérieure aux recherches entreprises par leur laboratoire et d'autres en 2004. De plus en analysant le précédent enregistrement qui les avaient conduits à affirmer l'existence du pentaquark, les physiciens concluent que le signal ne se distingue que très faiblement du bruit de fond.

Les pentaquarks observés ou prédits par la théorie sont :

Nom (composition) État Masse (incertitude) MeV
\Theta^+ ([ud][ud]\bar s) Observé 1539 (95)
\Theta_c ([ud][ud]\bar c) Observé, non confirmé 2977 (109)
\Xi^{--} ([ds][ds]\bar u) Observé 1826 (87)
N^+ ([ud][ud]\bar d) Pourrait correspondre à la résonance de Roper N(1440)P11 1460 (51)
N_c^- ([ud][ds]_+\bar c) Hypothétique 3180 (69)
N_c^0 ([ud][us]_+\bar c) Hypothétique 3180 (69)
\Xi_{5c}^{--} ([ds][ds]\bar c) Hypothétique 3650 (95)
\Xi_{5c}^- ([ds][us]_+\bar c) Hypothétique 3650 (95)
\Xi_{5c}^0 ([us][us]\bar c) Hypothétique 3650 (95)
T_c^- ([ud][ds]_-\bar c) Hypothétique 2785 (46)
T_c^0 ([ud][us]_-\bar c) Hypothétique 2785 (46)
T_{cs}^- ([us][ds]_-\bar c) Hypothétique entre \simeq 2580 et \simeq 2910
\Theta_b ([ud][ud]\bar b) Hypothétique entre \simeq 6050 et \simeq 6400

L'existence d'autres pentaquarks plus étranges, contenant par exemple deux quarks s et un antiquark \bar b a été proposée, mais elle n'a pas encore été validée par des expériences, ni même par des modèles théoriques.

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