Hadron exotique - Exotic hadron

Un modèle de pentaquark : q est un quark et q un antiquark ; les gluons (lignes ondulées) interviennent dans les interactions fortes entre les quarks ; les charges de couleur rouge, verte et bleue doivent chacune être présentes, tandis que le quark et l'antiquark restants doivent partager une couleur et son anti-couleur, dans cet exemple bleu et anti-bleu (indiqué en jaune).

Les hadrons exotiques sont des particules subatomiques composées de quarks et de gluons , mais qui, contrairement aux hadrons "bien connus" tels que les protons , les neutrons et les mésons , sont constitués de plus de trois quarks de valence . En revanche, les hadrons « ordinaires » ne contiennent que deux ou trois quarks. Les hadrons avec une teneur explicite en gluons de valence seraient également considérés comme exotiques. En théorie, il n'y a pas de limite au nombre de quarks dans un hadron, tant que la charge de couleur du hadron est blanche, ou de couleur neutre.

Conformément aux hadrons ordinaires, les hadrons exotiques sont classés comme étant soit des fermions , comme les baryons ordinaires, soit des bosons , comme des mésons ordinaires. Selon ce schéma de classification, les pentaquarks , contenant cinq quarks de valence, sont des baryons exotiques, tandis que les tétraquarks (quatre quarks de valence) et les hexaquarks (six quarks, constitués soit d'un dibaryon, soit de trois paires quark-antiquark) seraient considérés comme des mésons exotiques . On pense que des particules de tétraquark et de pentaquark ont ​​été observées et font l'objet d'études; Les hexaquarks n'ont pas encore été confirmés comme observés.

Les hadrons exotiques peuvent être recherchés en recherchant les pôles de la matrice S avec des nombres quantiques interdits aux hadrons ordinaires. Des signatures expérimentales pour de tels hadrons exotiques ont été observées depuis au moins 2003 mais restent un sujet de controverse en physique des particules .

Jaffe et Low ont suggéré que les hadrons exotiques se manifestent comme des pôles de la matrice P, et non de la matrice S. Les pôles expérimentaux de la matrice P sont déterminés de manière fiable à la fois dans les canaux méson-méson et dans les canaux nucléon-nucléon .

Histoire

Lorsque le modèle des quarks a été postulé pour la première fois par Murray Gell-Mann et d'autres dans les années 1960, il s'agissait d'organiser les états connus alors pour exister d'une manière significative. Au fur et à mesure que la chromodynamique quantique (QCD) s'est développée au cours de la décennie suivante, il est devenu évident qu'il n'y avait aucune raison pour que seules des combinaisons à trois quarks et quarks-antiquarks puissent exister. En effet, l'article original de Gell-Mann de 1964 fait allusion à la possibilité d'hadrons exotiques et classe les hadrons en baryons et mésons selon qu'ils ont un nombre impair (baryon) ou pair (méson) de quarks de valence. De plus, il semblait que les gluons, les particules médiatrices de l'interaction forte, pouvaient également former des états liés par eux-mêmes ( boules de colle ) et avec les quarks ( hadrons hybrides ). Plusieurs décennies se sont écoulées sans preuve concluante d'un hadron exotique qui pourrait être associé au pôle de la matrice S.

En avril 2014, la collaboration LHCb a confirmé l'existence du Z(4430) − , découvert par l' expérience Belle , et démontré qu'il doit avoir une teneur minimale en quarks de c c d u .

En juillet 2015, LHCb a annoncé la découverte de deux particules, nommées P+
c(4380) et P+
c(4450) , qui doivent avoir une teneur minimale en quarks c c uud , ce qui en fait des pentaquarks .

Candidats

Il existe plusieurs candidats hadrons exotiques :

Voir également

Remarques