La physique des particules n’a pas fini de surprendre ceux qui la pratiquent. Les scientifiques du CERN, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, pensent avoir fait une découverte majeure ces derniers mois. Grâce au grand collisionneur de hadrons (LHC selon son acronyme anglophone), un accélérateur de particules très puissant mis en service en 2008, ils ont pu observer ce qu’ils croient être une particule théorique jamais vue par l’Homme.
Dans leur étude, pré-publiée dans le serveur arXiv, les chercheurs du CERN expliquent avoir trouvé un élément qui a toutes les caractéristiques d’un quark nouveau, le toponium. Ce dernier serait un méson, c’est-à-dire, un équilibre quark-antiquark instable. Les quarks sont les particules élémentaires qui composent la matière. En s’associant par paires, ils forment des hadrons, des particules composites dont les représentants les plus connus sont le neutron et le proton.
Une particule minuscule et presque indétectable
Si cette particule théorique n’avait jamais été observée jusqu’alors, c’est parce qu’elle a une durée de vie très limitée. Mais cela n’a pas empêché les chercheurs du CERN de tenter de la trouver. L’espoir est né en 2012, lorsque le boson de Higgs a été observé pour la première fois dans le LHC. L’existence avérée de cette particule élémentaire a permis de comprendre comment les quarks obtenaient leur masse. Le boson de Higgs est désormais la clé de voûte du modèle standard de la physique des particules. Mais celle-ci est loin d’avoir révélé tous ses secrets.
C’est en tentant de trouver d’autres particules de Higgs encore inconnues que les chercheurs du CERN pensent être tombés sur cette particule théorique. Les physiciens ont détecté plus de paires quark-antiquarks que prévues lorsqu’ils envoyaient peu d’énergie dans le LHC. Cette combinaison de grande production de paires et de faible énergie les a menés à émettre une nouvelle hypothèse : et si ce qu’ils observaient là était le toponium ?
Une hypothèse qui devra être validée par l’expérience
En analysant les données du LHC pour les années 2016 à 2018, les spécialistes ont noté que cette toute petite particule était créée 8,8 fois pour 3 billions de collisions. Une statistique qui peut paraître infime mais qui permet d’évacuer toute coïncidence ou fausse interprétation.
Si les physiciens du CERN restent très prudents quant à l’annonce de la première observation de cette particule, l’hypothèse semble crédible. De nouvelles recherches seront menées dans les prochaines années pour la corroborer.
>hep-ex> arXiv:2503.22382
Référence
High Energy Physics – Experiment
[Submitted on 28 Mar 2025
Observation of a pseudoscalar excess at the top quark pair production threshold
A search for resonances in top quark pair (
) production in final states with two charged leptons and multiple jets is presented, based on proton-proton collision data collected by the CMS experiment at the CERN LHC at
= 13 TeV, corresponding to 138 fb
. The analysis explores the invariant mass of the \ttbar system and two angular observables that provide direct access to the correlation of top quark and antiquark spins. A significant excess of events is observed near the kinematic
) quasi-bound toponium state, as predicted by nonrelativistic quantum chromodynamics. Using a simplified model for
pb.
| Comments: | Submitted to Reports on Progress in Physics. All figures and tables can be found at this http URL (CMS Public Pages) |
| Subjects: | High Energy Physics – Experiment (hep-ex) |
| Report number: | CMS-TOP-24-007, CERN-EP-2025-061 |
| Cite as: | arXiv:2503.22382 [hep-ex] |
| (or arXiv:2503.22382v1 [hep-ex] for this version) | |
| https://doi.org/10.48550/arXiv.2503.22382 |
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