breve-ksi-b-D0 (32 Ko) - CEA-Irfu

Découverte par D0 d’une particule “trois parfums” au Tevatron
Les scientifiques de l’expérience D0, à laquelle participent le CNRS/IN2P3 et le
CEA/DSM/Dapnia, ont découvert la particule appelée baryon b (prononcé ksi-b) à une
masse de 5.774 ± 0.019 GeV/c2, c’est-à-dire environ 6 fois la masse du proton. Un baryon
est une particule composite faite de 3 quarks. Par exemple, le proton est un baryon
chargé composé de 2 quarks “up” et d'un quark “down” et le neutron est un baryon
neutre composé d'un quark “up” et de 2 quarks “down”. Le b, quant à lui, est un
baryon chargé composé de 3 quarks dont chacun appartient à une famille différente : un
quark “down”, un quark “étrange” et un quark “beau”. C’est la première fois que cette
particule est observée. Sa découverte et la mesure de sa masse fournissent des
informations supplémentaires sur comment la force forte agit sur les quarks. Ce résultat
a été soumis pour publication à la revue Physical Review Letters.
Le b est produit dans les collisions protons-antiprotons de haute énergie mises en œuvre au
Tevatron, l’accélérateur du laboratoire Fermilab aux Etats-Unis. Bien que les protons et les
neutrons constituent la majorité de la matière connue aujourd’hui, des baryons composés de
quarks plus lourds, comme le b étaient aussi présents en abondance peu après le Big Bang,
au début de notre Univers.
Dans le Modèle Standard de la physique des particules, les composants ultimes de la matière
sont rangés en 3 familles : la première contient les quarks “up” et “down”, la deuxième les
quarks un peu plus lourds “charme” et “étrange” et la troisième les quarks les plus lourds
“top” et “beau”. La force forte lie ces quarks dans des particules composites telles que le
proton, neutron ou baryon b.
Jusqu’à présent, seule une évidence indirecte de l’existence du b avait été annoncée par les
expériences au LEP, le collisionneur électron-positon qui était en fonctionnement au CERN à
Genève jusqu’en 2000. Pour la première fois, grâce à une prouesse tant technique que
d’analyse, l’expérience D0 a positivement identifié cette particule à partir de la détection des
particules qui sont produites lors de sa désintégration. La plupart des particules produites dans
des collisions proton-antiprotons de haute énergie sont de courte durée de vie et se
désintègrent presque instantanément en particules plus légères et stables. Les détecteurs de
particules tels que D0 permettent de mesurer ces particules stables pour remonter aux
propriétés des particules qui se sont désintégrées et ainsi pouvoir découvrir de nouvelles
particules.
Une fois produit, le b voyage quelques millimètres à une vitesse très proche de celle de la
lumière avant de se désintégrer en une particule appelée J/ (prononcé j-psi) et un -
(prononcé ksi-moins). Le J/ se désintègre en une paire de muons, particules cousines des
électrons. Le baryon - se propage sur plusieurs centimètres avant de se désintégrer en un
baryon  (prononcé lambda) et une particule de plus longue durée de vie appelée pion. Enfin,
après avoir parcouru quelques centimètres, le  se désintègre en un proton et un pion. Parmi
les milliers de milliards de collisions qui ont été produites au Tevatron au cours des cinq
dernières années, les physiciens ont pu isoler 19 événements de ce type, ce qui leur a permis
d’annoncer la découverte du b et de mesurer sa masse.

D0 (du nom du point d’interaction sur le Tevatron, où est situé le détecteur) est une
collaboration internationale de quelques 600 physiciens provenant de 88 instituts et 19 pays.
La France contribue à cette collaboration par l’intermédiaire de groupes issus de 7
laboratoires du CNRS/IN2P3 (CPPM/Université de la Méditerranée/Marseille,
IPHC/Université Louis Pasteur/Strasbourg et Université de Haute Alsace, IPNL/Université
Claude Bernard/Lyon, LAL/Orsay, LPC/Université Blaise Pascal/Clermont-Ferrand,
LPNHE/Universités Paris 6-7/Paris, LPSC/Université Joseph Fourier/Grenoble) et d’une
équipe du CEA/DSM/Dapnia/SPP ainsi que par une forte contribution du centre de calcul de
l’IN2P3 installé à Lyon-Villeurbanne.
Lien vers les colonnes de Fermilab Today annonçant le résultat de D0
http://www.fnal.gov/pub/today/archive_2007/today07-06-13.html
http://www.fnal.gov/pub/today/archive_2007/today07-06-14.html