Les particules sont entièrement constituées de force

Illustration d’une collision de particules. Crédit : Créé par l’intelligence artificielle.

Le modèle standard de la physique des particules est la théorie fondamentale qui résume avec élégance notre compréhension des forces fondamentales et des particules qui composent l’univers. Considérez-le comme une sorte de tableau périodique de la physique des particules. Ce modèle classe toutes les particules subatomiques connues, y compris six types de quarks, six types de leptons (comme l’électron) et des particules porteuses de force telles que des photons pour l’électromagnétisme, des gluons pour la force forte et des bosons W et Z pour la force faible. forcer. .

Les protons et les neutrons ne font pas partie du modèle standard car ce sont des particules plus grosses constituées de quarks. Toutes les particules plus grosses et toute la matière sont constituées uniquement de quarks et de leptons.

Parmi les nombreuses particules prédites par le modèle standard, certaines particules exotiques n’ont pas encore été confirmées. Cela inclut les « boules de colle » ou des faisceaux de particules entièrement constitués de gluons, qui sont les particules qui transmettent la force forte. En d’autres termes, une boule de colle est une particule entièrement constituée de force. Fans de Star Wars, réjouissez-vous !

Ne vous laissez pas tromper par ce nom ridicule. Globalz Très intéressant – et malgré son caractère insaisissable, de nombreux physiciens des particules sont convaincus qu’il existe réellement. Récemment, des décennies de travail au collisionneur de particules de Pékin ont peut-être finalement permis de trouver la première preuve de l’existence d’une boule de colle, une nouvelle particule appelée X(2370) qui se désintègre à partir d’un type particulier de méson, connu sous le nom de J/ψ.

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Un ballon fait de puissance

Détecteur spectromètre de Pékin (image de la coopération BESIII)
Détecteur spectromètre de Pékin. Crédit : Collaboration BESIII.

La principale différence entre les boules de colle et les autres molécules réside dans leur structure et les interactions impliquées. Dans les hadrons typiques, tels que les protons et les neutrons, les gluons agissent comme la « colle » qui assure la médiation de la force forte entre les quarks. En revanche, les boules de colle sont des états de gluons purs, qui sont essentiellement des amas de gluons liés entre eux. Cette auto-interaction est une caractéristique unique qui découle de la capacité des gluons à interagir les uns avec les autres, contrairement à d’autres vecteurs de force tels que les photons dans l’électromagnétisme.

La détection et l’étude des boules de colle sont difficiles car elles devraient se mélanger à d’autres particules contenant des quarks et se désintégrer en particules plus familières, ce qui les rend insaisissables dans les observations expérimentales.

Depuis sa première mise en ligne en 2008, le spectromètre de Pékin III – une expérience de détection de particules située au collisionneur électron-positon à Pékin – a enregistré 10 milliards d’événements de forme de particules J/ψ. Ce sont quelques-unes des particules les plus instables qui existent, existant pendant un bref instant avant de se désintégrer en autre chose, y compris la particule X(2370) récemment identifiée.

X(2370) présente des propriétés intéressantes et cohérentes avec celles attendues d’une boule de colle. Il ne présente aucune charge électrique, aucune valence impaire et une masse comprise dans la plage attendue pour l’état du globule le plus léger. Les résultats sont également remarquablement cohérents avec les prédictions de la chromodynamique quantique (QCD), une méthode informatique qui n’a que récemment suffisamment mûri pour prédire de telles particules exotiques avec une grande précision.

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Selon des chercheurs chinois, la signification statistique des résultats est supérieure à 5 sigma. Cela signifie qu’il n’y a que 0,00006 % de chance que la lecture soit une anomalie statistique aléatoire.

Une illustration de la formation de cette nouvelle particule
Le méson J/ψ peut se désintégrer en photon et en gluon. Ces deux gluons peuvent alors se combiner pour former temporairement une particule X(2370). Crédit : Lettres d’examen physique.

Des études supplémentaires sont nécessaires

Malgré ces résultats prometteurs, il y a encore des raisons de rester prudent. Le taux de production et les taux de branchement de X(2370) ne correspondent pas exactement aux attentes initiales. Il est possible que cette particule représente un autre état exotique, comme un tétraquark, plutôt qu’une véritable boule de colle, comme l’a noté le physicien et journaliste scientifique Ethan Siegel dans un article. Grande pensée condition.

« Cependant, avec des centaines de milliers de particules composites de type A qui doivent exister, mais qui n’ont jamais été vues auparavant, il reste encore du travail à faire pour déterminer la nature complète du lancement s’il n’y a pas de boules de colle dans l’ensemble. nature, alors il y a quelque chose de nouveau qui ne va pas avec le modèle standard. « Si les boules de colle existent, X(2370) pourrait être le premier objet découvert par l’humanité », a écrit Siegel.

Les nouveaux résultats sont apparus dans Lettres d’examen physique.

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