Les chercheurs ont récemment révélé de nouvelles connaissances sur les particules subatomiques exotiques et la force forte. Leurs travaux prédisent l'existence d'un nouveau tétraquark, composé de quarks beauté et charme ainsi que de deux antiquarks légers, à l'aide de méthodes informatiques. Cette découverte améliore notre compréhension de la chromodynamique quantique et de la composition de la matière visible. Crédit : Issues.fr.com
Une nouvelle étude dévoile l’existence d’un tétraquark composé de quarks beauté et charme, faisant ainsi progresser nos connaissances sur la physique des particules subatomiques et les interactions de forces fortes.
En explorant le domaine complexe des particules subatomiques, des chercheurs de l'Institut des sciences mathématiques (IMSc) et du Tata Institute of Fundamental Research (TIFR) ont récemment publié une nouvelle découverte dans la revue Lettres d'examen physique. Leur étude éclaire un nouvel horizon au sein de la chromodynamique quantique (QCD), mettant en lumière des particules subatomiques exotiques et repoussant les limites de notre compréhension de la force forte.
Image schématique du tétraquark prédit, Tbc, composé de quatre quarks : le quark beauté, le quark charme et deux anti-quarks légers. Crédit : Nilmani Mathur
L'énigmatique force forte et le monde des hadrons
Au cœur de cette exploration se trouve l’énigmatique force fondamentale forte, qui génère presque toute la masse de toute la matière visible de l’univers. Une poignée de particules fondamentales, appelées quarks, s'engageant dans des interactions intrigantes en échangeant des gluons, créent toutes les particules subatomiques composites qui formeront finalement toute la matière visible de notre univers.
Au cœur de cette compréhension se trouve la théorie de la chromodynamique quantique (QCD), qui régit la dynamique des interactions fortes. La QCD permet la formation de combinaisons de quarks de couleur neutre en particules subatomiques génériquement appelées hadrons.
Traditionnellement, les hadrons ont été classés en deux catégories principales : les mésons, comme les pions, constitués d'un quark et d'un antiquark, et les baryons, comme les protons, composés de trois quarks. Cependant, au-delà de ces catégories se trouvent des hadrons exotiques, notamment ceux comportant quatre, cinq ou six quarks, et même des particules contenant des gluons, comme les boules de glu.
Cependant, jusqu'à une période relativement récente, l'existence de ces hadrons exotiques restait un territoire largement inexploré pour les physiciens des particules. Au cours des quinze dernières années, une multitude de découvertes expérimentales ont éclairé ce domaine auparavant obscur, dévoilant un riche spectre de hadrons exotiques qui défient les notions conventionnelles de force forte et remettent en question notre compréhension des particules subatomiques.
Vue schématique montrant la formation de Tbc à travers les interactions d'un méson inférieur et d'un méson charme. Crédit : A. Radhakrishnan et V. Raj
Découverte des tétraquarks : une nouvelle frontière en physique des particules
Parmi ces hadrons exotiques figurent les tétraquarks, composés de quatre quarks (plus précisément de deux quarks et de deux anti-quarks). Ils pourraient exister sous des formes très compactes ou sous forme de molécules faiblement liées de deux mésons ou autre chose : leurs structures précises restent un mystère. On les observe également parmi les espèces exotiques les plus communes et on s'attend à ce que beaucoup d'autres soient découvertes à l'avenir. Des études théoriques peuvent aider à les découvrir en prédisant leur teneur en quarks et leurs plages d'énergie possibles.
Dans ces travaux récents, le professeur Nilmani Mathur et un chercheur postdoctoral, le Dr Archana Radhakrishnan, du Département de physique théorique du TIFR, et le Dr M. Padmanath de l'IMSc ont prédit l'existence d'un nouveau tétraquark. Cette nouvelle particule subatomique est composée d'un quark beauté et d'un quark charme ainsi que de deux antiquarks légers, et elle appartient à une famille de tétraquarks, appelés Tavant JC: le tétraquarks magnifiques et charmants.
Ils ont utilisé les installations informatiques de l’Indian Lattice Gauge Theory Initiative (ILGTI) pour effectuer ce calcul. La formation de ce tétraquark particulier a été étudiée en utilisant les interactions entre un méson inférieur et un méson charme. Utilisant des techniques variationnelles sur des espacements de réseau variés et des masses de quarks légers de valence, cette étude a étudié les valeurs propres d'énergie des systèmes de mésons en interaction dans des volumes finis et est parvenue à la conclusion sur l'existence de ce tétraquark. Semblables à la particule prédite, il pourrait y avoir d’autres tétraquarks ayant la même teneur en quarks mais avec un spin et une parité différents.
Cette prédiction arrive à un moment fortuit, coïncidant avec la récente découverte d'un tétraquark (Tcc) contenant deux quarks charmés et deux antiquarks légers. Par conséquent, il existe une réelle possibilité que la particule nouvellement prédite ou une variante associée puisse être découverte à l’aide de méthodologies expérimentales similaires, étant donné que la gamme d’énergie et la luminosité requises pour leur production et leur détection deviennent de plus en plus accessibles.
De plus, l'énergie de liaison de la particule prédite dépasse celle de tous les tétraquarks découverts et la liaison s'affaiblit à mesure que la masse du quark léger augmente, faisant allusion à la dynamique complexe des interactions fortes entre divers régimes de masse des quarks et élucidant les caractéristiques intrigantes de la force forte. dans la formation de hadrons, en particulier ceux contenant des quarks lourds.
Cela apporte également une motivation supplémentaire pour rechercher des particules subatomiques exotiques plus lourdes dans des expériences de nouvelle génération, qui pourraient être utilisées pour déchiffrer la force forte et libérer tout son potentiel.
