Combien de particules peuplent l’infiniment petit ? Si l’on se limite à celles dites élémentaires, on en dénombre 37. Mais si l’on inclut les particules dites composites, il y en a beaucoup plus, et on en trouve de temps en temps : cela se chiffre en dizaines, pour ne pas dire centaines. Un inventaire conséquent, qui vient de grossir un peu plus en mars 2026.
En effet, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) vient d’officialiser une nouvelle particule composite dont la structure est similaire à celle du proton, qui appartient aussi à la famille des particules composites. Le proton est célèbre : c’est lui qui, avec le neutron, forme le noyau atomique : le centre de l’atome.
Une structure proche du proton, mais pour un résultat ultra-instable
Une structure similaire, donc, mais pas identique. Dans un proton, on trouve trois particules élémentaires : deux quarks up et un quark down. Mais dans ce qui a été trouvé par le CERN, on trouve deux quarks charmés et un quark down. Une différence en apparence minime, mais qui multiplie par quatre la masse de la particule composite par rapport au proton.
Une légère altérité qui explique aussi la difficulté à l’observer : comme bien d’autres particules composites, on ne les trouve pas dans la nature. Ce sont des structures hautement instables et particulièrement éphémères. À peine sont-ils formés que ces assemblages apparaissant dans les collisionneurs s’évanouissent aussitôt, en une fraction de seconde.
La situation est évidemment très différente pour le proton, qui lui est d’une grande stabilité — ce qui est évidemment très heureux pour la matière telle qu’on la connait dans notre monde physique. Il manquerait sinon la moitié des constituants des noyaux atomiques, ce qui poserait vraisemblablement quelques problèmes.
En l’espèce, c’est au sein de l’expérience LHCb (Large Hadron Collider beauty) que cette découverte a été faite. Ce programme, qui se trouve au sein du fameux LHC (Grand collisionneur de hadrons ou Large Hadron Collider en anglais), s’intéresse entre autres aux phénomènes entourant le quark bottom (aussi appelé quark beau).
Comment ont-ils fait pour « voir » quelque chose d’aussi furtif ?
Bien que le nom de l’expérience le lie au quark beau, le détecteur LHCb excelle aussi dans la traque d’autres quarks lourds, comme ce fameux quark charmé qui se trouve dans la nouvelle particule composite. D’ailleurs, les particules composites (aussi appelées hadrons) contenant trois quarks sont regroupées dans la famille des baryons. Vous suivez ?
Évidemment, impossible de prendre une photo de ce nouveau baryon. Il est bien trop petit et fugace pour être vu par des moyens conventionnels. Il faut plutôt remonter le fil des évènements dans l’infiniment minuscule lorsque se produisent les fameuses collisions. C’est ce qu’explique justement le CERN dans son communiqué :
« Ces hadrons instables se désintègrent rapidement, mais les particules plus stables produites lors de la désintégration peuvent, elles, être détectées, et leur présence permet de déduire les propriétés de la particule d’origine ». Il s’agit d’une méthode qui marche bien, puisque les expériences menées dans le cadre du LHC ont permis de faire apparaître 80 hadrons différents.
Ce n’était cependant pas évident étant donné le caractère extrêmement bref de ce baryon, qui s’évapore presque instantanément. Il y a près de dix ans, le CERN avait repéré une particule « très similaire », selon ses propres mots. La différence ? Elle était composée de deux quarks charmés et d’un quark up (au lieu d’un quark down).
Il s’avère que « la nouvelle particule a une durée de vie prédite jusqu’à six fois plus courte que celle de 2017, du fait d’effets quantiques complexes ». Voilà de quoi expliquer pourquoi elle était si insaisissable et qu’il a fallu près d’une décennie pour confirmer son existence, avec un très haut degré de certitude, selon une méthodologie spécifique (les sigmas).
À quoi ça sert au final ?
Reste maintenant une question : à quoi ça sert, au final ? Le CERN donne une petite indication de ce que ces découvertes vont permettre en matière de recherche fondamentale :
« Ce résultat aidera les théoriciens à tester les modèles de la chromodynamique quantique, théorie qui décrit l’interaction forte liant les quarks, grâce à laquelle ils vont former non seulement les baryons et les mésons, mais aussi des hadrons exotiques tels que les tétraquarks et les pentaquarks ». Vaste programme, pourrait-on dire.
Et pour votre vie de tous les jours ? Sans doute rien à très court terme et même à moyen ou long terme, et ce n’est pas forcément grave. Car dans ce domaine, il peut s’écouler parfois des années, voire des décennies, avant que des avancées pratiques et concrètes arrivent jusqu’à vous, grâce à ce qui a été accompli en recherche fondamentale.
Un exemple ? Les théories de la relativité restreinte (1905) et de la relativité générale (1915) n’ont eu d’impact concret sur les individus qu’au moment de l’apparition des GPS (dans les années 1980, pour le grand public), les systèmes de positionnement par satellite, qui sont désormais bien pratiques pour savoir où l’on se trouve ou suivre un chemin.
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