Tétraquark

En physique des particules, un tétraquark est un méson exotique composé de quatre quarks. Les tétraquarks peuvent être considérés comme des particules virtuelles, tant leur durée de vie est courte.

L'existence des tétraquarks a été prédite théoriquement dans les années 1960 dans le cadre de la chromodynamique quantique. La recherche des tétraquarks (et des pentaquarks) est ensuite devenue un sujet d’étude à part entière en physique expérimentale[1], et plusieurs tétraquarks ont été produits au LHC, de types cccc et cqqq[alpha 1],[2].

La collaboration LHCb annonce en juillet 2021 la mise en évidence du tétraquark Tcc+ (ccqq)[3],[4], et en juin 2022 celle du tétraquark Tcc+ (ccud) ; ce dernier a une demi-vie supérieure à 100 µm/c, soit deux ordres de grandeur au-dessus de celles des tétraquarks connus antérieurement (de l'ordre de 10−23 s)[5],[6],[7].

Historique

En 2003, la résonance X(3872), découverte dans le cadre de la collaboration BELLE, est devenue l'un des premiers candidats pour l'existence d'un tétraquark[8],[9]. Le « X » indique que le nom de la particule est temporaire et que certaines de ses propriétés doivent encore être testées. Le chiffre suivant indique la masse de la particule (en MeV/c2).

En 2007, l'expérience BELLE annonce l'observation de Z(4430), un candidat tétraquark qui aurait la composition ccdu. En 2014, LHCb a confirmé l'observation de cette configuration avec une précision dépassant 13,9 σ[10],[11].

La résonance Y(4660) (en), également observée par BELLE en 2007, pourrait également être un tétraquark[12].

En 2009, le Fermilab a annoncé la découverte de Y(4140) (en), un autre candidat tétraquark[13].

En 2010, deux physiciens du Deutsches Elektronen-Synchrotron et un physicien de l'université Quaid-i-Azam ont réanalysé des résultats d'expériences antécédentes et ont annoncé, en lien avec le ϒ(5S) meson, qu'une résonance tétraquark existe[14],[15].

En , deux équipes indépendantes ont rapporté l'observation de Zc(3900) : La collaboration BELLE et le collisionneur électron-positron de Beijing, en Chine[16]. Zc(3900) (en)[17],[18].

En 2016, l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire a confirmé les premiers succès d'une expérience préparant les accélérateurs du futur ainsi que la découverte de hadrons exotiques appartenant au modèle standard : Un quatuor de tétraquarks a été découvert au LHCb en [19]. Les particules mises en évidence dans la désintégration du méson B+ ont toutes la même composition en quarks (ccss) mais sont de masse différentes (note : le chiffre entre parenthèses indique la masse de la particule). Leurs spins et leurs parités ont pu être déterminées. Il s'agit de :

  • X(4140) dont la découverte avait été annoncée en 2009 par la collaboration CDF à l'accélérateur Tevatron du Fermilab (USA), puis confirmée par CDF et CMS au LHC et DØ au Tevatron.
  • X(4274),
  • X(4500),
  • X(4700).

Cette découverte pose une question : s'agit-il de véritables tétraquarks ou de "molécules" associant deux mésons cs̄ et c̄s ? Celle-ci sera examinée lors des campagnes 2015/2018 d’expériences au LHC.

Notes et références
(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Tetraquark » (voir la liste des auteurs).

Notes
  1. c : quark charmé, c : antiquark charmé, q : quark léger, q : antiquark léger.

Références
  1. Georg Wolschin, « Des quarks aux pentaquarks », Pour la science, no 471/M02687,‎ , p. 27.
  2. « LHC as a Large Hadron Discovery Factory », sur LHC, (consulté le ).
  3. (en) Tommaso Dorigo, « Why The New Tcc+ Tetraquark Will Revolutionize Physics », sur science 2.0, (consulté le ).
  4. CERN, « Deux fois plus de charme : découverte d'une particule exotique à longue durée de vie », sur home.cern, (consulté le ).
  5. (en) Heather M. Hill, « Charming particle has a record-breaking lifetime », Physics Today,‎ (DOI 10.1063/PT.6.1.20220809a ).
  6. (en) Collaboration LHCb, « Observation of an exotic narrow doubly charmed tetraquark », Nature Physics, vol. 18,‎ , p. 751-754 (DOI 10.1038/s41567-022-01614-y ).
  7. (en) Collaboration LHCb, « Study of the doubly charmed tetraquark T+
    cc     »    , Nature Communications, vol. 13,‎ , article no 3351 (DOI 10.1038/s41467-022-30206-w )    .
  8. (en) D. Harris, « The charming case of X(3872) », Symmetry Magazine,
  9. (en) L. Maiani, F. Piccinini, V. Riquer et A. D. Polosa, « Diquark-antidiquarks with hidden or open charm and the nature of X(3872) », Physical Review D, vol. 71,‎ , p. 014028 (DOI 10.1103/PhysRevD.71.014028, Bibcode 2005PhRvD..71a4028M, arXiv hep-ph/0412098)
  10. (en) « LHCb confirms existence of exotic hadrons »
  11. (en) Équipe du LHCb, « Observation of the resonant character of the Z(4430)− state », Physical Review Letters,‎ (résumé)
  12. (en) G. Cotugno, R. Faccini, A.D. Polosa and C. Sabelli, « Charmed Baryonium », Physical Review Letters, vol. 104, no 13,‎ (DOI 10.1103/PhysRevLett.104.132005, Bibcode 2010PhRvL.104m2005C, arXiv 0911.2178)
  13. (en) Anne Minard, « New Particle Throws Monkeywrench in Particle Physics », Universetoday.com,
  14. « Evidence grows for tetraquarks », physicsworld.com
  15. (en) A. Ali, C. Hambrock et M. J. Aslam et Hambrock, « Tetraquark Interpretation of the BELLE Data on the Anomalous Υ(1S)π+π- and Υ(2S)π+π- Production near the Υ(5S) Resonance », Physical Review Letters, vol. 104, no 16,‎ (DOI 10.1103/PhysRevLett.104.162001, Bibcode 2010PhRvL.104p2001A, arXiv 0912.5016)
  16. Wolschin 2017, p. 27
  17. (en) « Physics - New Particle Hints at Four-Quark Matter », Physics.aps.org,
  18. (en) Eric Swanson, « Viewpoint: New Particle Hints at Four-Quark Matter », Physics, vol. 69, no 6,‎ (DOI 10.1103/Physics.6.69)
  19. Wolschin 2017, p. 23

Voir aussi

Bibliographie
  • Georg Wolschin, « Des quarks aux pentaquarks », Pour la science, no 471,‎ , p. 20-28

Articles connexes

Liens externes
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