BES III apporte la preuve la plus solide de l'existence des glueballs

Des physiciens de l'expérience Beijing Spectrometer III (BES III) ont rapporté la preuve la plus solide à ce jour de l'existence des glueballs, des particules composées entièrement de gluons, dans une prépublication publiée sur arXiv le mois dernier et présentée à la Conférence internationale sur la physique des hautes énergies (ICHEP) la semaine dernière. Les résultats portent sur la particule X(2370), qui correspond désormais aux prédictions théoriques clés pour un glueball.

La collaboration BES III a analysé des modes de désintégration de X(2370) non rapportés auparavant et a découvert qu'il s'agit d'un "singlet de saveur", ce qui signifie qu'elle n'est pas liée à une saveur de quark spécifique comme up, down ou étrange. L'équipe estime que la particule est composée d'environ 90 % de gluons, et sa masse mesurée de 2,395 GeV/C² correspond aux prédictions de la chromodynamique quantique sur réseau, tout comme son spin et sa parité.

Les glueballs sont une prédiction directe de la chromodynamique quantique, la théorie de la force nucléaire forte, et leur existence comblerait une lacune de longue date dans le modèle standard. La majeure partie de la masse des protons et des neutrons provient de l'énergie des gluons qui lient les quarks entre eux, et non des quarks eux-mêmes. Confirmer l'existence des glueballs approfondirait donc notre compréhension de la façon dont la matière acquiert sa masse.

La particule X(2370) a été découverte pour la première fois à BES III en 2011 avec une masse initiale de 2,370 GeV/C², légèrement inférieure à la valeur théorique. En 2024, l'expérience avait enregistré plus de 10 milliards de particules J/ψ, permettant des mesures plus précises. BES III, un collisionneur électron-positon conçu pour étudier les désintégrations de J/ψ, a commencé à collecter des données en 2008 et a enregistré plus de 226 millions d'événements au cours de sa première année.

Colin Morningstar, physicien des particules à l'Université Carnegie Mellon, qui n'a pas participé à la recherche, a qualifié ce résultat de "triomphe expérimental" et de "preuve la plus solide à ce jour que des particules dominées par une composante glueball peuvent exister dans la nature", selon Science. La vérification indépendante est la prochaine étape, éventuellement à l'installation Super Tau-Charm proposée en Chine ou au collisionneur électron-ion en construction au laboratoire national de Brookhaven aux États-Unis, bien que BES III soit actuellement la seule machine consacrée exclusivement à la chasse aux gluons.