Les physiciens de la collaboration LHCb au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN ont observé quatre nouvelles particules exotiques : Zcs(4000)+, Zcs(4220)+X(4685), et X(4630). Ces nouveaux résultats apportent de l’eau au moulin des théoriciens qui cherchent à expliquer la nature des mécanismes de liaison des tétraquarks.
Illustration d’un tétraquark. Crédit image : CERN / CC BY-SA.
Ces nouvelles observations portent à 59 le nombre de nouveaux états hadroniques – dont plusieurs pentaquarks, des mésons et des baryons rares et excités – découverts au LHC.
“Les hadrons découverts dans les années 1950-60, années pionnières de l’histoire de la physique des particules, étaient appelés particules élémentaires jusqu’à ce que leur structure soit finalement comprise dans le cadre du modèle des quarks”, ont déclaré les physiciens de LHCb.
“Les combinaisons de quark peuvent se trouver dans leur état mécanique quantique de plus basse énergie : l’état fondamental”.
“Comme les électrons dans les atomes, les quarks peuvent être réarrangés dans des états excités avec différentes valeurs de moment angulaire et d’orientation du spin du quark.”
“Suivant la tradition de la physique des particules, tous ces états quantiques sont appelés hadrons et, plus généralement, particules.”
Bien que la chromodynamique quantique permette naturellement l’existence d’états au-delà des mésons et baryons conventionnels à deux et trois quarks, les mécanismes détaillés responsables de la liaison des états multi-quark sont encore largement mystérieux.
Les tétraquarks, par exemple, pourraient être des paires de diquarks étroitement liées ou des molécules méson-méson faiblement liées – ou même les deux, selon le processus de production.
“Qui aurait cru que nous trouverions autant d’hadrons exotiques ? “, a déclaré Patrick Koppenburg, ancien coordinateur de la physique du LHCb.
“J’espère qu’ils nous amènent à une meilleure modélisation de l’interaction forte, ce qui est très nécessaire pour comprendre, par exemple, les anomalies que nous observons dans les désintégrations de mésons B.”
Les nouveaux états exotiques – Zcs(4000)+, Zcs(4220)+X(4685), et X(4630) – ont été observés dans un échantillon presque pur de 24.000 échantillons de B+J/ψφK+ qui, en tant que désintégration à trois corps, peut être visualisée à l’aide d’un diagramme de Dalitz.
” Les bandes horizontales et verticales indiquent la production temporaire de résonances tétraquarks qui se désintègrent ensuite en un méson J/ψ et un méson K “.+ ou un méson J/ψ et un méson φ, respectivement”, ont déclaré les physiciens.
“Les bandes verticales les plus saillantes correspondent aux tétraquarks cc̄ss̄ X(4140), X(4274), X(4500) et X(4700), qui ont été observés pour la première fois en juin 2016.”
“La collaboration a maintenant résolu deux nouvelles bandes horizontales correspondant aux états cc̄us̄ Z.cs(4000)+ et Zcs(4220)+, et deux bandes verticales supplémentaires correspondant aux états cc̄ss̄ X(4685) et X(4630).”
Les résultats ont déjà déclenché des grincements de tête théoriques.
La collaboration BESIII au collisionneur électrons-positrons II de Pékin a récemment découvert le premier candidat pour un tétraquark à bras caché chargé d’étrangeté, provisoirement baptisé Z.cs(3985).
“Il n’est pas clair si le nouveau Zcs(4000)+ tetraquark peut être identifié avec cet état”, ont déclaré les chercheurs.
“Bien que leurs masses soient cohérentes, la largeur de la particule BESIII est 10 fois plus petite”.
“Ces états peuvent avoir des structures internes très différentes”, a déclaré le Dr Liming Zhang, membre de la collaboration LHCb.
“Celui vu par BESIII est une particule étroite et à plus longue durée de vie, et est plus facile à comprendre avec une image moléculaire hadronique de type nucléaire, où deux hadrons interagissent via une force forte résiduelle.”
“Celui que nous avons observé est beaucoup plus large, ce qui le rendrait plus naturel à interpréter comme un candidat multiquark compact.”
Les résultats ont été soumis pour publication dans le journal. Physical Review Letters.
