Des physiciens chinois confirment l’existence d’une matière faite de pure force

Des physiciens ont apporté la preuve la plus directe à ce jour que les gluons, les particules véhiculant la force nucléaire forte, peuvent se lier entre eux pour former un tout nouveau type de matière, résolvant ainsi une quête de près de 50 ans en physique des particules.

La collaboration BESIII, qui opère auprès du collisionneur électron-positron de Pékin, a annoncé jeudi que la particule connue sous le nom de X(2370) est dominée par une composante de boule de gluons pseudoscalaire. Ces résultats ont été présentés pour la première fois lors d'un rapport plénier spécial à la Conférence internationale sur la physique des hautes énergies à Natal, au Brésil, mercredi.english.news+1

Une boule de pure force

Contrairement aux particules ordinaires composées de quarks, une boule de gluons est entièrement constituée de gluons, les vecteurs de force qui lient les quarks à l'intérieur des protons et des neutrons. L'existence de telles particules avait été prédite dans les années 1970 sur la base de la chromodynamique quantique, qui décrit l'interaction forte maintenant les noyaux atomiques unis. Les photons, qui véhiculent la force électromagnétique, se traversent mutuellement sans perturbation. Les gluons, en revanche, portent la charge même qu'ils transmettent, ce qui signifie qu'ils peuvent s'attirer et se lier entre eux.chinadaily

Découvrir une boule de gluons s'est avéré bien plus difficile que d'en prédire l'existence. La particule X(2370) a été observée pour la première fois dans les données de BESIII en 2011. En 2024, l'équipe a mesuré ses nombres quantiques de spin-parité à 0⁻⁺, ce qui correspond aux prédictions théoriques pour la boule de gluons pseudoscalaire la plus légère. Sa masse, mesurée à environ 2 360 millions d'électronvolts, s'inscrit également dans la fourchette prédite par les calculs de CDQ sur réseau.bioengineer+2

La preuve décisive

La dernière étude, s'appuyant sur plus de 10 milliards de désintégrations de J/ψ recueillies depuis 2008, a découvert plusieurs nouveaux modes de désintégration de X(2370) et a déterminé sa propriété de « singulet de saveur », la caractéristique la plus importante distinguant une boule de gluons des particules ordinaires. Comme les gluons ne possèdent aucune saveur de quark, une particule dominée par un contenu gluonique devrait se coupler de manière symétrique aux quarks légers au lieu de privilégier une saveur particulière.english.news+1

Les chercheurs ont cherché un schéma de désintégration spécifique qu'une particule singulet de saveur ne peut pas produire et n'ont détecté aucun signal, ce qui est cohérent avec l'interprétation d'une boule de gluons.chinadaily

Ce que cela change pour la physique

L'Institut de physique des hautes énergies de l'Académie chinoise des sciences a qualifié ce résultat de « résultat expérimental le plus clair dans la recherche de boules de gluons depuis près de cinq décennies ». La collaboration rassemble environ 700 scientifiques issus de 96 institutions de recherche réparties dans 15 pays.bioengineer+1

La confirmation d'une boule de gluons fournirait un test direct à basse énergie de la structure non abélienne de la CDQ, la propriété mathématique qui permet aux vecteurs de force d'interagir entre eux, venant compléter la découverte antérieure de la liberté asymptotique à haute énergie. Si elle est validée par des analyses indépendantes, la particule X(2370) pourrait devenir la première fenêtre expérimentale convaincante sur une matière principalement constituée de gluons.bioengineer