L'existence d'une particule exotique composée de six particules élémentaires appelées quarks, prédite par les chercheurs de RIKEN, pourrait approfondir la compréhension de la façon dont les quarks se combinent pour former des noyaux atomiques.
Les quarks sont les éléments constitutifs fondamentaux de la matière. Les noyaux atomiques sont constitués de protons et de neutrons, eux-mêmes constitués de trois quarks chacun. Les particules composées de trois quarks sont collectivement appelées baryons.
Les scientifiques ont longtemps pensé à l'existence de systèmes contenant deux baryons, appelés dibaryons. Dans la nature, il n'y a qu'un seul dibaryon - le deutéron, un noyau d'hydrogène composé d'un proton et d'un neutron, qui sont très faiblement connectés l'un à l'autre. Des aperçus d'autres dibaryons ont été trouvés dans des expériences de physique nucléaire, mais leur existence était très éphémère.
"Bien que le deutéron soit le seul dibaryon stable connu, il peut y avoir beaucoup plus de dibaryons", déclare Takuya Sugiura du programme interdisciplinaire de sciences théoriques et mathématiques RIKEN. "Il est important d'étudier quelles paires de baryons forment des dibaryons et lesquelles ne le font pas, car cela fournit des informations précieuses sur la façon dont les quarks forment la matière."
La chromodynamique quantique est une théorie très réussie décrivant comment les quarks interagissent les uns avec les autres. Mais le couplage fort qui se produit entre les quarks dans les baryons complique les calculs de la chromodynamique quantique. Les calculs deviennent encore plus complexes lorsque l'on considère les états liés des baryons tels que les dibaryons.
Or, en calculant la force entre deux baryons contenant chacun trois quarks charmés (quark c, l'un des six types de quarks), les scientifiques ont prédit l'existence d'un dibaryon, qu'ils ont appelé le charm di-Omega.
Pour ce calcul, l'équipe a résolu la chromodynamique quantique à l'aide de calculs numériques à grande échelle. Comme les calculs impliquaient un grand nombre de variables, ils ont utilisé deux supercalculateurs puissants : l'ordinateur K et le supercalculateur HOKUSAI.
« Nous avons eu la chance d'avoir accès à des superordinateurs qui ont considérablement réduit le coût et le temps nécessaires pour effectuer les calculs », déclare Takuya Sugiura. "Mais il nous a quand même fallu plusieurs années pour prédire l'existence du charme di-Omega."
Malgré la complexité de calcul, le charme di-Omega est le système le plus simple pour étudier les interactions entre baryons.
Les chercheurs étudient maintenant d'autres hadrons enchantés avec le supercalculateur Fugaku, qui est un successeur plus puissant du K.
« Nous sommes particulièrement intéressés par les interactions entre d'autres particules contenant des quarks charmés », explique Takuya Sugiura. "Nous espérons faire la lumière sur le mystère de la façon dont les quarks se combinent pour former des particules, et quelles particules pourraient exister."
L'étude a été publiée dans Physical Review Letters.
2021-12-11 21:23:00
Auteur: Vitalii Babkin