Pentaquark

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Schéma d'un pentaquark générique : quatre quarks et un antiquark (en jaune).

Un pentaquark est une particule subatomique composée de cinq quarks qui a été prévue par les théoriciens en 1997[1].

La recherche des pentaquarks et des tétraquarks est devenue un sujet d’étude à part entière en physique expérimentale[2].

Historique[modifier | modifier le code]

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[réf. nécessaire].

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, contestées par la suite, auraient mis en évidence l'existence des pentaquarks :

  • Le aurait été le premier à être observé, en 2003, et il possède une masse d'environ 1 540 MeV. Ces résultats sont cependant controversés. Le pentaquark aurait été observé pour la première fois le par Takashi Nakanon de l'université d'Osaka. L'expérience fut confirmée par Kenneth Hicks du Jefferson Lab. L'annonce officielle fut publiée dans la revue Physical Review Letters le . 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 , le . Ce dernier subsista durant environ 10-20 seconde avant de se transformer en un méson K+ et un neutron.

L'article de 2017 précise : Expérience SPring-8 au Japon, une particule interprétée comme un pentaquark de masse 1,6 fois plus massive qu'un proton (conforme au calcul de 1997) et d'une durée de vie de l'ordre de 10-23 seconde. Il est aujourd'hui très peu probable que soit bien un pentaquark[2].

Ces résultats ont été mis 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[Lesquels ?] concluent que le signal ne se distingue que très faiblement du bruit de fond.

  • Le , le CERN annonce officiellement que les données fournies par le détecteur LHCb du Grand collisionneur de hadrons ont permis d'observer des particules composées de cinq quarks (deux up, un down, un charm et un anti-charm) et de charge +1 lors de la désintégration du baryon [3],[4],[5].

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

Plus précisément, un pentaquark est composé de quatre quarks, réunis en deux couples de diquarks, et d'un antiquark.

Ainsi le nombre baryonique d'un pentaquark est de :

Liste[modifier | modifier le code]

Les pentaquarks observés ou prédits par la théorie sont :

Nom (composition) État Masse (incertitude) MeV
Observé 1539 (95)
Observé, non confirmé 2977 (109)
Observé 1826 (87)
Pourrait correspondre à la résonance de Roper N(1440)P11 1460 (51)
Hypothétique 3180 (69)
Hypothétique 3180 (69)
Hypothétique 3650 (95)
Hypothétique 3650 (95)
Hypothétique 3650 (95)
Hypothétique 2785 (46)
Hypothétique 2785 (46)
Hypothétique entre 2580 et 2910
Hypothétique entre 6050 et 6400

L'existence d'autres pentaquarks plus étranges, contenant par exemple deux quarks et un antiquark , a été proposée.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Georg Wolschin, « Des quarks aux pentaquarks », Pour la science, no 471,‎ , p. 27
  2. a et b Wolschin 2017, p. 27
  3. Wolschin 2017, p. 26 et 28
  4. 14 July 2015: Observation of particles composed of five quarks sur la page officielle du LHCb le 14 juillet 2015.
  5. « CERN: première observation concluante de pentaquarks » (consulté le 14 juillet 2015)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Georg Wolschin, « Des quarks aux pentaquarks », Pour la science, no 471,‎ , p. 20-28

Articles connexes[modifier | modifier le code]