Vue d’artiste de Tcc+, un tétraquark composé de deux quarks charmés et d’un antiquark up et down. Crédit : CERN
Découverte d’un nouveau hadron exotique contenant deux quarks charmés et un antiquark up et down.
Récemment, l’expérience LHCb (Large Hadron Collider beauty) à CERN a présenté une nouvelle découverte à la conférence de la Société européenne de physique sur la physique des hautes énergies (EPS-HEP). La nouvelle particule découverte par LHCb, étiquetée Tcc+, est un tétraquark – un hadron exotique contenant deux quarks et deux antiquarks. C’est la particule de matière exotique à la vie la plus longue jamais découverte et la première à contenir deux quarks lourds et deux antiquarks légers.
Les quarks sont les éléments constitutifs fondamentaux à partir desquels la matière est construite. Ils se combinent pour former des hadrons, à savoir des baryons, comme le proton et le neutron, qui sont constitués de trois quarks, et des mésons, qui sont formés de paires quark-antiquark. Ces dernières années, un certain nombre de hadrons dits exotiques – des particules avec quatre ou cinq quarks, au lieu des deux ou trois conventionnels – ont été découverts. La découverte d’aujourd’hui concerne un hadron exotique particulièrement unique, un exotique hadron exotique si vous voulez.
La nouvelle particule contient deux quarks charmés et un antiquark up et down. Plusieurs tétraquarks ont été découverts ces dernières années (dont un avec deux quarks charmés et deux antiquarks charmés), mais c’est le premier qui contient deux quarks charmés, sans antiquarks charmés pour les équilibrer. Les physiciens appellent cela « charme ouvert » (dans ce cas, « double charme ouvert »). Les particules contenant un quark charm et un antiquark charm ont un « charme caché » – le nombre quantique de charm pour la particule entière est égal à zéro, tout comme le feraient une charge électrique positive et négative. Ici, le nombre quantique de charme s’additionne à deux, il a donc deux fois plus de charme !
Le contenu en quarks de Tcc+ a d’autres caractéristiques intéressantes en plus d’être un charme ouvert. C’est la première particule trouvée qui appartient à une classe de tétraquarks avec deux quarks lourds et deux antiquarks légers. Ces particules se désintègrent en se transformant en une paire de mésons, chacun formé par l’un des quarks lourds et l’un des antiquarks légers. Selon certaines prédictions théoriques, la masse des tétraquarks de ce type devrait être très proche de la somme des masses des deux mésons. Une telle proximité en masse rend la désintégration “difficile”, ce qui entraîne une durée de vie plus longue de la particule, et en effet Tcc+ est le hadron exotique le plus ancien trouvé à ce jour.
La découverte ouvre la voie à la recherche de particules plus lourdes du même type, avec un ou deux quarks charm remplacés par des quarks bottom. La particule à deux quarks bottom est particulièrement intéressante : d’après les calculs, sa masse devrait être plus petite que la somme des masses de toute paire de mésons B. Cela rendrait la désintégration non seulement improbable, mais en fait interdite : la particule ne serait pas capable de se désintégrer via l’interaction forte et devrait le faire via l’interaction faible, ce qui rendrait sa durée de vie plusieurs ordres de grandeur plus longue qu’auparavant. hadron exotique observé.
Le nouveau Tcc+ tétraquark est une cible attrayante pour une étude plus approfondie. Les particules dans lesquelles elle se désintègre sont toutes relativement faciles à détecter et, en combinaison avec la faible quantité d’énergie disponible dans la désintégration, cela conduit à une excellente précision sur sa masse et permet l’étude des nombres quantiques de cette particule fascinante. Ceci, à son tour, peut fournir un test rigoureux pour les modèles théoriques existants et pourrait même potentiellement permettre de sonder des effets auparavant inaccessibles.
