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Nouvelles scientifiques

 

Paris, le 1er juillet 2005

 

Y(4260) : Babar et sa mystérieuse nouvelle particule

 

Les physiciens de l'expérience Babar menée au Stanford linear accelerator center (Slac, Californie) par une collaboration internationale, à laquelle participent des laboratoires du CNRS/IN2P3 et du CEA/Dapnia, ont annoncé, lors de la conférence internationale Lepton-Photon d’Uppsala en Suède, la découverte d'une nouvelle particule massive dont les propriétés défient notre compréhension de la matière. Ce résultat fait l’objet d’une publication soumise à la revue Physical Review Letters cette semaine.

 

Y(4260). C’est le nom donné à une curieuse particule, découverte le 30 juin par l'expérience Babar menée auprès de l'accélérateur PEP-II du Slac, baptisée ainsi en raison de sa masse qui correspond à une énergie de 4260 Méga-électronvolts et de sa nature… inconnue.

L'accélérateur PEP-II provoque des collisions entre électrons et antiélectrons (positons) qui produisent, par paires, des particules exotiques et lourdes, dénommées mésons B et mésons anti-B. Les propriétés de ces particules sont l'objet principal des études de Babar. Ces objets rares ont une durée de vie brève : ils se désintègrent à leur tour en particules subatomiques plus légères, que l'expérience Babar est capable de détecter. Mais Babar peut aussi apporter un éclairage perçant sur de nombreux autres sujets de physique.

Le Y(4260) a été identifié par sa désintégration en trois particules connues nommées J/Ψ, π+ et π-, dans des événements très particuliers où la paire électron-positon émet un photon énergétique avant la collision, puis, en s’annihilant, produit le Y(4260), sans aucune autre particule. Ce mécanisme de production a permis aux physiciens de Babar d'établir les nombres quantiques de la particule qui définissent ses propriétés intrinsèques (charge électrique, moment cinétique interne ou "spin", etc.). Le Y(4260) est électriquement neutre, a un spin égal à 1, et est impair sous les opérations de symétrie de parité et de conjugaison de charge (ce qui est résumé par l’égalité symbolique JPC = 1--).

Les propriétés particulières du Y(4260) pourraient suggérer qu’il est un nouveau membre inattendu d'une famille de particules élémentaires appelées les mésons charmonium. Ces derniers sont des particules composées d'un quark charmé et d'un anti-quark charmé tous deux étroitement liés par l'interaction forte (les quarks étant les constituants les plus élémentaires de la matière hadronique connus à ce jour). Bien qu'ils aient tous la même composition de base, les mésons charmonium existent avec des masses et des nombres quantiques différents, exactement comme un atome d'hydrogène, état lié d'un électron et d'un proton, existe dans différents états excités.

Mais cette interprétation pose des problèmes. Un méson charmonium aussi lourd, et avec de tels nombres quantiques, devrait se désintégrer en "charme ouvert", c’est-à-dire en au moins une paire de particules contenant chacune un quark, ou anti-quark, charmé. Or, des mesures du taux d'interaction total électron-positon, fournies par d'autres expériences, suggèrent que ce n'est pas le cas.

Une interprétation est peut-être à trouver parmi des modèles théoriques plus exotiques, longtemps étudiés, mais jamais établis expérimentalement. Ces derniers conduisent par exemple à l’existence d’états liés diquarks-anti-diquarks, ou de mésons hybrides, état lié d'un quark, un antiquark et un gluon.

Le Y(4260) s'ajoute à la liste décidemment croissante de nouvelles particules exotiques qui ont été vues ces dernières années par Babar et par Belle, une expérience similaire située au laboratoire de KEK à Tsukuba (Japon). Certaines de ces découvertes, comme celles du DsJ(2317) et du DsJ(2458), ont permis de préciser notre compréhension de la façon dont les quarks sont liés dans les particules ; d'autres, telle la découverte du X(3872) et maintenant du Y(3940), défient notre compréhension de la matière.

 

Pour en savoir plus

Contact chercheur

  • Denis Bernard, Tél : 01 69 33 31 60

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