Dans le cadre d'un projet d'étude des particules au Grand collisionneur de hadrons, les scientifiques ont découvert une toute nouvelle particule - un tétraquark doublement charmé. La particule a reçu ce nom en raison du fait qu'elle se compose de deux quarks charmés et de deux antiquarks légers, supérieur et inférieur. La découverte a été annoncée lors d'une conférence de la Société européenne de physique, des scientifiques de l'Institut de physique nucléaire du nom de G.I. Budker (branche sibérienne de l'Académie des sciences de Russie, Novossibirsk).
Initialement, on pensait que les hadrons pouvaient être constitués soit de deux quarks, formant un méson dans une paire quark-antiquark, soit de trois quarks, formant un baryon (par exemple, un proton ou un neutron). Cependant, il y a environ 50 ans, alors que le modèle des quarks était encore en cours de création, son auteur Murray Gell-Mann a prédit que des particules plus complexes pourraient exister. Ces particules ne rentraient pas dans le modèle traditionnel, elles étaient donc appelées exotiques. Les particules exotiques apparaissent en raison de l'incorporation d'une paire quark-antiquark dans une structure de méson ou de baryon.
Pendant longtemps, cette hypothèse n'est restée qu'une théorie, jusqu'à ce qu'en 2014, lors de l'expérience LHCb au Large Hadron Collider, les scientifiques ont pu observer le premier tétraquark. En 2015, la découverte du pentaquark a été annoncée. Au total, quatre pentaquarks et une vingtaine de tétraquarks ont été découverts à ce jour.
Tous les tétraquarks découverts et confirmés jusqu'à présent ont un charme caché. Le charme est un nombre quantique qui reflète l'un des types de quarks ou de leptons - les parfums. Le charme caché signifie qu'ils comprenaient différentes combinaisons de quarks, mais dans tous les cas, ces combinaisons comprenaient toujours un quark charmé et un antiquark charmé. La particularité de la nouvelle particule réside dans le fait qu'elle est constituée de deux quarks charmés (quarks-c), relativement lourds, d'une masse de l'ordre du gigaélectronvolt, comparable à la masse d'un proton, ainsi que de deux légers u- et d-antiquarks, leur masse est inférieure de trois ordres de grandeur, elle est mesurée en unités de mégaélectronvolts. En raison de la présence de deux quarks charmés, la nouvelle particule a été nommée Tcc +. Le T signifie tétraquark et le cc signifie deux quarks charmés.
Dans le cadre de l'étude, les scientifiques ont analysé les données collectées au cours des première et deuxième saisons du collisionneur de 2011 à 2018. Sur la base des résultats de l'analyse des données expérimentales, il a été possible d'enregistrer environ deux cents événements de la production de particules Tcc +. Sa découverte a été confirmée avec une signification de 10 écarts types, ce qui signifie que la probabilité d'une fluctuation aléatoire que les scientifiques pourraient confondre avec un signal est pratiquement éliminée.
Un autre point remarquable est la largeur de désintégration relativement étroite d'une nouvelle particule, elle est d'environ 0,5 MeV avec des valeurs typiques de dizaines et même de centaines de MeV. En d'autres termes, Tcc + existe des ordres de grandeur plus longs que les structures quantiques similaires, ce qui en fait le hadron exotique le plus stable. Enfin, les produits de désintégration du nouveau tétraquark sont relativement faciles à détecter, ce qui, étant donné la grande stabilité de la particule, facilitera des mesures précises de ses propriétés.
La découverte d'un tétraquark doublement charmé aidera à la découverte d'une autre particule exotique de ce type - un tétraquark doublement charmant, qui au lieu de deux quarks charmés (quarks c) contient deux beaux quarks (quarks b). Théoriquement, une telle particule ne pourra pratiquement pas se désintégrer sur la base des mécanismes d'interaction forte, puisque sa masse sera inférieure à la masse des produits de désintégration. Il se désintégrera dans une interaction faible. Autrement dit, sa durée de vie augmentera de plusieurs ordres de grandeur par rapport au Tcc + stable.
2021-07-29 18:40:26
Auteur: Vitalii Babkin