Après des décennies de recherche, des scientifiques affirment avoir enfin identifié une boule de glu – une particule constituée uniquement de force nucléaire forte.
L’hypothèse de leur existence dans le cadre du modèle standard de la physique des particules a échappé aux scientifiques depuis les années 1970, car elles ne peuvent être détectées qu’indirectement, en mesurant leur processus de désintégration. Aujourd’hui, une équipe de scientifiques autrichiens spécialisés dans les particules affirme avoir trouvé des preuves de l’existence des boules de glu en observant la désintégration d’une particule appelée f0(1710).
Les protons et les neutrons – les particules qui composent la matière de tous les jours – sont constitués de minuscules particules élémentaires appelées quarks, et les quarks sont maintenus ensemble par des particules encore plus petites appelées gluons.
Également connus sous le nom de “particules collantes”, les gluons sans masse sont décrits comme une version compliquée du photon, car tout comme les photons sont responsables de l’exercice de la force de l’électromagnétisme, les gluons sont chargés d’exercer une force nucléaire forte. “En physique des particules, chaque force est médiée par un type particulier de particule de force, et la particule de force de la force nucléaire forte est le gluon”, explique l’un des chercheurs, Anton Rebhan, de l’université technologique de Vienne.
Mais il existe une différence majeure entre les deux : alors que les photons ne sont pas affectés par la force qu’ils exercent, les gluons le sont. Ce fait important signifie que si les photons ne peuvent pas exister dans ce que l’on appelle un état lié, les gluons peuvent être liés entre eux par leur propre force nucléaire forte pour former des boules de glu.
“L’existence des particules gluons amène l’idée que, non seulement les particules peuvent être des forces ou des porteurs de force (c’est-à-dire des photons), mais que ces particules sans masse dépendent également de la force dont elles sont constituées, ce qui permet aux gluons d’exister dans un état statique”, écrit J.E. Reich pour TechTimes.
Les gluons peuvent être sans masse en eux-mêmes, mais leurs interactions les uns avec les autres leur confèrent une masse, ce qui, en théorie, permet aux scientifiques de les détecter, ne serait-ce qu’indirectement par le biais de leur processus de désintégration. Et si plusieurs particules ont été identifiées dans des expériences d’accélérateurs de particules comme étant des candidats viables pour les boules de glu, jusqu’à présent, personne n’a pu démontrer de manière convaincante que l’une d’entre elles était constituée de force atomique pure.
Les scientifiques se sont rapprochés de la découverte d’une boule de glu en se concentrant sur deux candidats possibles : f0(1500) et f0(1710), des particules subatomiques appelées mésons, généralement composées d’un quark et d’un antiquark chacune. Pendant un certain temps, f0(1500) a été considéré comme le candidat le plus prometteur des deux, car si f0(1710) donnait de meilleurs résultats lorsqu’il était appliqué à des modèles informatiques, son processus de désintégration produisait des quarks lourds, également appelés “quarks étranges”.
Cela posait un problème, car certains scientifiques supposaient que les interactions entre gluons ne faisaient généralement pas la différence entre les quarks lourds et les quarks légers – ce que Rebhan et ses collègues disent avoir concilié dans leurs calculs, publiés aujourd’hui dans Physical Review Letters. “Nos calculs montrent qu’il est effectivement possible que les boules de gluons se désintègrent principalement en quarks étranges”, déclare-t-il, expliquant que lorsque le schéma de désintégration des quarks légers a également été mesuré pour f0(1710), les résultats correspondaient “extrêmement bien” à leur modèle.
Les chercheurs espèrent que les nouvelles données provenant d’expériences menées au Grand collisionneur de hadrons du CERN (TOTEM et LHCb) en Suisse et d’une expérience sur un accélérateur à Pékin (BESIII) les aideront à renforcer leur thèse selon laquelle f0(1710) est une boule de glu. “Ces résultats seront cruciaux pour notre théorie”, déclare Rebhan. “Pour ces processus multiparticulaires, notre théorie prédit des taux de désintégration qui sont très différents des prédictions d’autres modèles plus simples. Si les mesures concordent avec nos calculs, ce sera un succès remarquable pour notre approche.”
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