Tétraquark

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En physique des particules, un tétraquark est un méson exotique composé de quatre quarks. Il est considéré comme une particule virtuelle car sa durée de vie éventuelle serait extrêmement courte.

Encore hypothétique en 2019, l'existence des tétraquarks a été théorisée dans les années 1960 dans le cadre de la chromodynamique quantique.

La recherche des pentaquarks et des tétraquarks est devenue un sujet d’étude à part entière en physique expérimentale[1].

Historique[modifier | modifier le code]

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[2],[3]. 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[4],[5].

La résonance Y(4660) (en), également observée par BELLE en 2007, pourrait également être un tétraquark[6].

En 2009, le Fermilab a annoncé la découverte de Y(4140) (en), un autre candidat tétraquark[7].

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[8],[9].

En juin 2013, deux équipes indépendantes ont rapporté l'observation de Zc(3900) : La collaboration BELLE et le collisionneur électron-positron de Beijing, en Chine[10]. Zc(3900) (en)[11],[12].

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 juin 2016[13]. 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 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[modifier | modifier le code]

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Tetraquark » (voir la liste des auteurs).
  1. Georg Wolschin, « Des quarks aux pentaquarks », Pour la Science, no 471/M02687,‎ , p. 27
  2. (en) D. Harris, « The charming case of X(3872) », Symmetry Magazine,
  3. (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)
  4. (en) « LHCb confirms existence of exotic hadrons »
  5. (en) Équipe du LHCb, « Observation of the resonant character of the Z(4430)− state », Physical Review Letters,‎ (résumé)
  6. (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)
  7. (en) Anne Minard, « New Particle Throws Monkeywrench in Particle Physics », Universetoday.com,
  8. « Evidence grows for tetraquarks », physicsworld.com
  9. (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)
  10. Wolschin 2017, p. 27
  11. (en) « Physics - New Particle Hints at Four-Quark Matter », Physics.aps.org,
  12. (en) Eric Swanson, « Viewpoint: New Particle Hints at Four-Quark Matter », Physics, vol. 69, no 6,‎ (DOI 10.1103/Physics.6.69)
  13. Wolschin 2017, p. 23

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

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

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]