Selon les physiciens de l’expérience BESIII basée à Pékin, la découverte d’une nouvelle particule subatomique nommée Zc (4020) laisse entrevoir une nouvelle classe d’objets à quatre quarks.
Cette image montre la structure à quatre quarks de Zc (3900). Crédit image : APS / Alan Stonebraker.
Les quarks sont les blocs de construction fondamentaux de la nature. Ils se combinent pour former des protons, des neutrons et des centaines d’autres particules appelées hadrons.
Jusqu’à récemment, on pensait que les hadrons n’avaient que deux structures possibles. Les baryons, dont le proton et le neutron, sont constitués de trois quarks. Les mésons, comme le pion et le kaon, sont constitués d’un quark et d’un antiquark. Tous les mésons et la plupart des baryons sont très instables, vivant beaucoup moins d’un millionième de seconde après leur production.
En avril 2013, l’expérience BESIII a annoncé la découverte d’une mystérieuse particule à quatre quarks appelée Zc (3900).
Les propriétés du Zc (3900) révèlent qu’il est principalement constitué d’un quark à charme et de son antiquark liés ensemble de manière similaire aux états charmonium connus de longue date. La particule est différente car elle porte une charge électrique, ce qui indique qu’une paire quark-antiquark légère doit également se cacher à l’intérieur.
“Alors que l’on sait depuis longtemps que les quarks se lient par groupes de deux ou trois, ces nouveaux résultats semblent ouvrir rapidement la porte à un type de matière à quatre quarks jusqu’alors insaisissable”, a expliqué le professeur Frederick Harris, porte-parole de l’expérience BESIII.
“L’échantillon de données unique recueilli par la collaboration BESIII a continué à produire un flux d’indices sur la nature des objets à quarks multiples.”
Les récentes percées de l’expérience BESIII sont le fruit d’une étude spécifique des sous-produits de la particule anormale Y (4260).
Les physiciens ont réglé l’énergie à laquelle les électrons et les positrons annihilent la matière à 4 260 MeV, ce qui correspond à la masse de la particule Y(4260). Ils ont utilisé cette méthode pour produire directement et collecter de grands échantillons des sous-produits de la particule.
Cette méthode leur a permis d’observer d’abord le Zc (3900) et ensuite le Zc (4020).
Une autre particule récemment repérée dans les désintégrations est le X électriquement neutre (3872), une particule qui a été établie expérimentalement depuis plus de 10 ans, et qui a longtemps été suspectée d’être un objet à quatre quarks.
“L’année 2013 a été jusqu’à présent passionnante pour l’expérience BESIII”, a déclaré le professeur Harris.
“En utilisant les désintégrations de l’Y (4260), une famille d’objets à quatre quarks a commencé à apparaître”.
Les nouveaux résultats apparaissent dans quatre articles soumis au journal. Physical Review Letters (article #1, article #2, article #3 et article #4).
“Alors que le tableau théorique reste à finaliser, de plus en plus d’indices suggèrent que nous sommes témoins de nouvelles formes de matière. Et tandis qu’un nouveau ‘zoo’ de particules mystérieuses émerge, il semble qu’un nouveau système de classification pourrait bientôt être à portée de main pour le comprendre.”
