Un article, intitulé «Observation of a strange pentaquark, a doubly charged tetraquark and its neutral partner», annonce l'observation par la collaboration internationale LHCb auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHC) de trois nouvelles particules : un nouveau type de « pentaquark » et la première paire de « tétraquarks » jamais détectée, comportant un nouveau type de tétraquark.

Relevons tout d'abord que « les quarks sont des particules élémentaires qui se déclinent en six saveurs : up (u), down (d), charme (c), étrange (s), top (t) et bottom (b) » et « s'assemblent généralement par groupes de deux ou trois pour former des hadrons, tels que les protons et les neutrons formant les noyaux des atomes ». Cependant, les quarks peuvent, plus rarement, se combiner en particules à quatre ou cinq quarks, dénommées respectivement 'tétraquarks' et de 'pentaquarks'.

En fait, « ces hadrons exotiques avaient été prédits il y a plus d’un demi-siècle par les théoriciens en même temps que les hadrons classiques, mais ce n'est que plus récemment, au cours des vingt dernières années, qu'ils ont été observés par LHCb et d'autres expériences ». Alors que « la plupart des hadrons exotiques découverts au cours des deux dernières décennies sont des tétraquarks ou des pentaquarks contenant un quark charme et un antiquark charme, les deux ou trois quarks restants pouvant être un quark up, down ou étrange, ou leur antiquark », au cours des deux dernières années, « LHCb a découvert différents types d'hadrons exotiques ».

Concrètement, « en 2020, la collaboration a découvert un tétraquark composé de deux quarks c et de deux antiquarks c, ainsi que deux 'tétraquarks à charme apparent', composés d'un antiquark c, d'un quark u, d'un quark d et d'un antiquark s », tandis que, « en 2021, elle a découvert le tout premier spécimen de 'tétraquark à double charme apparent', contenant deux quarks c et deux antiquarks (u et d) » (« Une particule est dite 'à charme apparent' lorsqu'elle contient un quark c sans antiquark équivalent »). Dans ce contexte, les nouvelles découvertes annoncées par la collaboration LHCb concernent de nouveaux types d'hadrons exotiques.

Plus précisément, « le premier type, observé lors de l'analyse de désintégrations de mésons B chargés négativement, est un pentaquark composé d'un quark c et d'un antiquark c, et d'un quark u, d'un quark d et d'un quark s » et « c’est la première fois qu’on trouve un pentaquark contenant un quark s ». Ce résultat « a une signification statistique de 15 écarts-types, ce qui est impressionnant en physique des particules, ce n’est qu’à partir de 5 écarts-types qu’on peut revendiquer l’observation d’une particule ».

Pour sa part, le deuxième type observé est un tétraquark à charme apparent doublement chargé électriquement, composé d'un quark c, d'un antiquark s, d'un quark u et d'un antiquark, qui « a été observé avec son homologue neutre lors d'une analyse conjointe des désintégrations de mésons B chargés positivement et de mésons B neutres ». Il s’agit de la première observation d'une paire de tétraquarks, observée « avec une signification statistique de 6,5 écarts-types (pour la particule doublement chargée) et de 8 écarts-types (pour la particule neutre) ».