Une étude théorique de Riken Physiciens, publié dans Lettres de physique Ba déterminé avec précision l'interaction entre un charmonium et un proton ou un neutron pour la première fois.
De deux galaxies en collision à un électron larguant d'un noyau, toutes les interactions dans l'univers peuvent être décrites en termes de quatre forces fondamentales.
La gravité et la force électromagnétique sont les deux que nous connaissons dans la vie quotidienne, tandis que les forces faibles et fortes fonctionnent sur de minuscules distances – à peu près de la taille d'un noyau atomique ou plus petit.
Comme son nom l'indique, la force forte est la plus forte des quatre forces sur des distances minuscules, et il lie les protons et les neutrons (collectivement appelés nucléons) dans le noyau atomique. Il opère entre les quarks et les gluons, qui sont les éléments constitutifs des nucléons.
« Les centrales nucléaires génèrent de l'électricité en exploitant la force forte, et l'énergie du soleil en est essentiellement en dérive », explique Yan Lyu du programme de sciences théoriques et mathématiques interdisciplinaires Riken. « Il est donc important de comprendre comment fonctionne la forte interaction. »
La force forte est décrite mathématiquement par chromodynamique quantique. Bien que la théorie soit terminée, la façon dont elle fonctionne dans des situations spécifiques est un domaine de recherche active, à la fois théoriquement et expérimentalement dans des installations telles que les accélérateurs de particules.
Maintenant, Lyu et ses collègues ont utilisé la chromodynamique quantique pour étudier théoriquement de fortes interactions entre un nucléon et un type de particule de courte durée appelée Charmonium.
Les nucléons sont fabriqués à partir de quarks de haut en bas, qui sont deux des six types de quarks. Un charmonium, en revanche, consiste en un quark de charme et un antiquarque de charme.
« La découverte du premier charmonium en novembre 1974 est parfois appelée révolution de novembre, car c'était un événement révolutionnaire en physique des particules », explique Lyu. « Les deux scientifiques impliqués ont reçu des prix Nobel deux ans plus tard. »
Alors que le Charmonium a été découvert il y a plus d'un demi-siècle, de nombreuses questions demeurent sur la façon dont elle interagit avec d'autres particules.
« Une question fondamentale est de savoir comment la Charmonie interagit avec les nucléons », explique Lyu. « C'est la question fondamentale que nous avons abordée dans cette étude. »
Effectuer des calculs sur Fugaku, l'un des superordinateurs les plus puissants du monde, Lyu et collaborateurs ont constaté que l'interaction entre les deux particules était attrayante à toutes les distances. Ils ont également pu épingler son ampleur beaucoup plus précisément que les estimations précédentes.
La confirmation expérimentale des résultats peut ne pas être loin. « Les expérimentateurs du grand collisionneur de hadrons en Europe ont déclaré qu'ils prévoyaient de mesurer l'interaction entre un nucléon et une particule de charmonium en quelques années », explique Lyu.
L'équipe prévoit d'élargir son enquête. « Nous nous attendons à ce que nos résultats seront également applicables à d'autres systèmes », explique Lyu. « C'est quelque chose que nous enquêtons maintenant. »
