Des hexaquarks moléculaires prédites par une étude théorique
Une nouvelle étude théorique réalisée par quatre physiciens en Chine et en Allemagne suggère l’existence probable de plusieurs types d’hexaquarks, des particules hadroniques fortement interagissantes composées de six quarks. Les particules hypothétiques considérées dans cette recherche incluent des quarks étranges (s) et charmants (c), qui sont des quarks lourds rendant généralement les hadrons très périssables et difficiles à étudier expérimentalement. Cependant, des preuves provenant d’expériences réalisées dans des accélérateurs ont déjà suggéré l’existence de tels hexaquarks, ce qui a conduit l’équipe à croire que de futures expériences menées sur des installations comme le Grand collisionneur de hadrons (LHC) pourraient valider leurs prédictions.
La nature des hexaquarks
Selon Bo Wang de l’Université de Hebei, qui a collaboré à cette recherche, “les hexaquarks sont un type de hadron exotique, distinct des baryons plus familiers (contenant trois quarks, comme les protons et les neutrons) et des mésons (composés d’une paire quark-antiquark). En général, il existe deux types d’états d’hexaquarks : l’un où six quarks sont confinés à l’intérieur d’un hadron compact, et un autre qui consiste en une structure semblable à celle d’une molécule formée par deux baryons.” Cette étude se concentre sur ce dernier type.
Importance des hexaquarks moléculaires
Dans les hexaquarks de type moléculaire, les baryons constituants ne sont pas aussi fortement liés par l’interaction forte que les quarks à l’intérieur de chaque baryon. Cela rend ces hexaquarks particulièrement intéressants pour l’étude de nouveaux aspects de l’interaction forte qui unit les quarks. Une meilleure compréhension de ces interactions pourrait éclairer les physiciens sur la chromodynamique quantique, la théorie qui décrit l’interaction forte et qui pose de grands défis pour sa mise en œuvre dans les calculs.
De nouvelles méthodes d’analyse
Dans cette nouvelle étude, Wang et ses collègues ont utilisé une combinaison de techniques issues de recherches précédentes sur les hadrons, en intégrant des paramètres spécifiques liés à l’interaction forte, déterminés à partir d’études antérieures sur d’autres hadrons exotiques, tels que les tétraquarks (états à quatre quarks) et les pentaquarks (états à cinq quarks).
“Il est évident dans notre modèle que si les tétraquarks et pentaquarks moléculaires existent, alors les hexaquarks moléculaires doivent également exister”, a déclaré Wang. Les recherches expérimentales portant sur ces états d’hexaquarks aideront à révéler si la nature préfère construire des unités structurelles de niveau supérieur, à savoir des états moléculaires hadroniques, ou si elle préfère simplement regrouper les quarks en un ensemble compact.
Prédictions testables
Bien que seuls des candidats non moléculaires d’hexaquarks aient été observés jusqu’à présent sur le plan expérimental, Wang et ses collègues offrent une multitude de prédictions testables concernant les propriétés subtiles des interactions fortes, rendant ces découvertes particulièrement significatives. Plusieurs candidats pour des tétraquarks et pentaquarks de type moléculaire ont été observés, notamment par des collaborations comme LHCb, BESIII et Belle, mais aucun candidat pour des états d’hexaquarks de type moléculaire contenant des quarks lourds n’a été trouvé jusqu’à présent.
Croyances optimistes pour l’avenir
Les chercheurs ont également pu comparer leurs résultats avec ceux obtenus par d’autres méthodes, telles que la chromodynamique quantique sur réseau, où l’espace est représenté par une grille finie permettant des calculs détaillés. Dans tous les cas où des comparaisons ont été possibles, les résultats se sont avérés cohérents, ajoutant ainsi à la crédibilité des conclusions de l’équipe. Toutefois, seule une preuve expérimentale peut apporter une validation définitive, et les chercheurs sont confiants que cette confirmation n’est pas loin.
“À mesure que les expériences futures sur collisionneurs sont modernisées et établies, elles généreront sans aucun doute une multitude de données pour l’étude de la physique hadronique,” a conclu Wang. “La recherche sur les états moléculaires hadroniques est actuellement l’un des domaines d’enquête les plus dynamiques et devrait le rester dans un avenir proche.”
“Notre aspiration est de développer un cadre théorique qui décrive de manière exhaustive les interactions fortes résiduelles, unifiant les forces nucléaires et les interactions entre hadrons de saveur lourde sous un modèle et un ensemble de paramètres cohérents. Cela revêt une importance profonde pour notre compréhension des interactions fortes, faisant de l’étude des propriétés variées des états moléculaires hadroniques un excellent point de départ pour cette entreprise.”
Cette recherche est détaillée dans la revue Physical Review D.