La collaboration LHCb, l’une des quatre grandes expériences en cours au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, a franchi une étape importante vers la réduction de cette lacune. En combinant les données collectées au cours des première et deuxième périodes opérationnelles du LHC, l’équipe a observé des corrélations quantiques entre des paires de hadrons charmés et anti-charmes provenant d’un seul état de tétraquark.
Les particules telles que les tétraquarks ne sont pas des particules élémentaires, mais des états composites constitués de plusieurs constituants plus fondamentaux, appelés quarks et gluons. Ces derniers maintiennent les quarks ensemble, assurant la médiation de la force puissante qui les unit. Les tétraquarks sont prédits par la théorie des interactions fortes, la chromodynamique quantique (QCD), et ont fait l'objet de recherches approfondies dans le cadre d'expériences de physique des particules à haute énergie.
Cette dernière analyse de LHCb révèle comment ces états tétraquarks exceptionnels se forment et se désintègrent. Les corrélations quantiques entre les paires de hadrons charmés et anti-charmes fournissent des informations sur l'endroit où ces particules sont produites à l'intérieur du détecteur LHCb et donnent un aperçu de la dynamique de production des tétraquarks.
L’équipe de recherche a étudié toutes les combinaisons possibles de paires de hadrons charmés (c) et anti-charmes (c‾). La plupart des paires, y compris celles provenant du même état de tétraquark, montrent une préférence pour leur production centrale dans le détecteur. Ceci est attendu pour la plupart des mécanismes de production hadronique se produisant lors de collisions à haute énergie. Cependant, des corrélations quantiques sont observées pour des paires de hadrons charmes et anti-charmes issus du même état tétraquark. Dans ce cas, les corrélations indiquent que le point de production est déplacé vers le côté où se trouvent les particules chargées (les quarks de valence du proton) des protons entrants. Cela fait allusion à un mécanisme de production possible de tétraquarks dans lequel le gluon émis par le proton ou l'antiproton entrant (appelé « poméron ») fluctue jusqu'à l'état de tétraquark qui se désintègre ensuite en la paire de hadrons.
Cette analyse de LHCb donne également un aperçu de la manière dont l’état tétraquark se désintègre ensuite en une paire de hadrons charmeurs et anti-charmes. Les observations indiquent que l'état tétraquark se transforme en paires de quarks charmeurs et anti-charmes, qui se réorganisent ensuite pour former les hadrons finaux.
Les résultats de cette étude fournissent des informations importantes sur la production et la désintégration de l’état tétraquark observé et offrent des informations complémentaires aux autres mesures de telles particules par le LHCb. Les effets quantiques observés pour la première fois dans ces travaux pourraient également aider à l’avenir à distinguer les tétraquarks des autres états multi-quarks.
La collaboration LHCb espère collecter davantage de données au LHC à l'avenir, ce qui leur permettra d'étudier plus en profondeur les propriétés des tétraquarks et d'autres particules exotiques.
