En explorant le domaine complexe des particules subatomiques, des chercheurs de l'Institut des sciences mathématiques (IMSc) et du Tata Institute of Fundamental Research (TIFR) ont récemment publié une nouvelle découverte dans la revue Physical Review Letters. . Leur étude éclaire un nouvel horizon au sein de la chromodynamique quantique (QCD), mettant en lumière des particules subatomiques exotiques et repoussant les limites de notre compréhension de la force forte.
Au cœur de cette exploration se trouve l’énigmatique force fondamentale fondamentale, qui génère presque toute la masse de toute la matière visible de l’univers. Une poignée de particules fondamentales, appelées quarks, s'engageant dans des interactions intrigantes en échangeant des gluons, créent toutes les particules subatomiques composites qui finissent par former toute la matière visible de notre univers.
La théorie QCD, qui régit la dynamique des interactions fortes, est au cœur de cette compréhension. La QCD permet la formation de combinaisons de quarks de couleur neutre en particules subatomiques génériquement appelées hadrons. Traditionnellement, les hadrons ont été classés en deux catégories principales :les mésons, tels que les pions, constitués d'un quark et d'un anti-quark, et les baryons, comme les protons, composés de trois quarks.
Cependant, au-delà de ces catégories se trouvent des hadrons exotiques, notamment ceux contenant quatre, cinq ou six quarks, et même des particules contenant des gluons, comme les boules de glu. Jusqu'à relativement récemment, l'existence de ces hadrons exotiques restait un territoire largement inexploré pour les physiciens des particules.
Au cours des quinze dernières années, une vague de découvertes expérimentales a éclairé ce domaine auparavant obscur, dévoilant de riches spectres de hadrons exotiques qui défient les notions conventionnelles de force forte et remettent en question notre compréhension des particules subatomiques.
Parmi ces hadrons exotiques figurent les tétraquarks, composés de quatre quarks (plus précisément de deux quarks et de deux anti-quarks). Ils pourraient exister sous des formes très compactes ou sous forme de molécules faiblement liées de deux mésons ou autre chose :leurs structures précises restent un mystère. Ils sont également considérés comme les espèces exotiques les plus communes et on s'attend à ce que de nombreux autres soient découverts à l'avenir.
Des études théoriques peuvent contribuer à ces découvertes en prédisant leur teneur en quarks et leurs plages d'énergie possibles. Dans ces travaux récents, le professeur Nilmani Mathur et un chercheur postdoctoral, le Dr Archana Radhakrishnan, du Département de physique théorique du TIFR, et le Dr M. Padmanath de l'IMSc ont prédit l'existence d'un nouveau tétraquark. Cette nouvelle particule subatomique est composée d'un quark beauté et d'un quark charme ainsi que de deux antiquarks légers, et appartient à une famille de tétraquarks, appelés Tbc :les beaux-charmants tétraquarks.
Les chercheurs ont utilisé les installations informatiques de l’Indian Lattice Gauge Theory Initiative (ILGTI) pour effectuer ce calcul. La formation de ce tétraquark particulier a été étudiée en utilisant les interactions entre un méson inférieur et un méson charme. Utilisant des techniques variationnelles sur divers espacements de réseau et masses de quarks légers de valence, cette étude a étudié les valeurs propres d'énergie des systèmes de mésons en interaction dans des volumes finis et a conclu à l'existence de ce tétraquark.
Semblables à la particule prédite, il pourrait y avoir d’autres tétraquarks ayant la même teneur en quarks mais avec un spin et une parité différents. Cette prédiction arrive à un moment fortuit, coïncidant avec la récente découverte d'un tétraquark (Tcc ) contenant deux quarks charmés et deux anti-quarks légers.
Par conséquent, il existe une réelle possibilité que la particule nouvellement prédite ou une variante associée puisse être découverte en utilisant des méthodologies expérimentales similaires, étant donné que la gamme d'énergie et la luminosité requises pour leur production et leur détection deviennent de plus en plus accessibles.
De plus, l'énergie de liaison de la particule prédite dépasse celle de tous les tétraquarks découverts et la liaison s'affaiblit à mesure que la masse du quark léger augmente, faisant allusion à la dynamique complexe des interactions fortes entre divers régimes de masse des quarks et élucidant les caractéristiques intrigantes de la force forte. dans la formation de hadrons, en particulier ceux contenant des quarks lourds.
Cela apporte également une motivation supplémentaire pour rechercher des particules subatomiques exotiques plus lourdes dans des expériences de nouvelle génération, qui pourraient être utilisées pour déchiffrer la force forte et libérer tout son potentiel.
