Particule exotique à six quarks prédite par des superordinateurs


Particule exotique à six quarks prédite par des superordinateurs

Vue d’artiste d’un état à six nouvellement prédit (dibaryon) composé de deux baryons. Crédit photo : 2021 Keiko Murano

L’existence d’une exotique composée de six particules élémentaires, les quarks, par les chercheurs de RIKEN, pourrait approfondir notre compréhension de la façon dont les quarks se combinent pour former noyaux atomiques.

Les quarks sont les éléments de base de la . Les noyaux atomiques sont constitués de protons et de neutrons, eux-mêmes constitués de trois quarks chacun. Les particules constituées de trois quarks sont collectivement appelées baryons.

Les scientifiques ont longtemps réfléchi à l’existence de systèmes contenant deux baryons appelés dibaryons. Dans la nature, il n’y a qu’un seul dibaryon – le deutéron, un noyau d’hydrogène composé d’un proton et d’un neutron, qui sont très facilement liés l’un à l’autre. Des aperçus d’autres dibaryons ont été capturés dans des expériences de physique nucléaire, mais ils ont eu une existence très éphémère.

« Bien que le deutéron soit le seul dibaryon stable connu, de nombreux autres dibaryons pourraient exister », déclare Takuya Sugiura du programme interdisciplinaire de sciences théoriques et mathématiques RIKEN. « Il est important d’étudier quelles paires de baryons forment des dibaryons et lesquelles ne le font pas, car cela fournit des informations précieuses sur la façon dont les quarks forment la matière. »

La chromodynamique quantique est une théorie très réussie qui décrit comment les quarks interagissent les uns avec les autres. Mais le fort couplage qui se produit entre les quarks dans les baryons rend difficile le calcul de la chromodynamique quantique. Les calculs deviennent encore plus complexes lorsque l’on considère les états liés des baryons tels que les dibaryons.

En calculant la force agissant entre deux baryons, dont chacun contient trois quarks charmés (l’un des six types de quarks), Sugiura et ses collaborateurs ont prédit l’existence d’un dibaryon qu’ils ont nommé charm-di-omega.

Pour ce calcul, l’équipe a résolu la chromodynamique quantique avec des calculs numériques à grande échelle. Parce que les calculs impliquaient une multitude de variables, ils ont utilisé deux supercalculateurs puissants : le K-Computer et le supercalculateur HOKUSAI. « Nous avons eu la chance d’avoir accès aux supercalculateurs, ce qui a considérablement réduit le coût et le temps requis pour les calculs », explique Sugiura. « Mais il nous a fallu plusieurs années pour prédire l’existence du charme di-omega. »

Malgré la complexité des calculs, le Charme di-Omega est le système le plus simple pour étudier les interactions entre baryons. Sugiura et son équipe étudient maintenant d’autres hadrons enchantés avec le supercalculateur Fugaku, le successeur le plus puissant de l’ordinateur K. « Nous sommes particulièrement intéressés par les interactions entre d’autres particules contenant des quarks charmés », explique Sugiura. « Nous espérons révéler le secret de la façon dont les quarks se combinent pour former des particules et quel type de particules peut exister. »

L’étude a été publiée dans Lettres d’examen physique.


Avec le K-Computer, les scientifiques prédisent des particules exotiques « Di-Omega »


Plus d’information:
Yan Lyu et al., Dibaryon avec le plus grand nombre de charme proche de l’unitarité de Lattice QCD, Lettres d’examen physique (2021). DOI : 10.1103 / PhysRevLett.127.072003

Devis: Particule exotique de six quarks prédite par les supercalculateurs (2021, 10 décembre), récupérée le 10 décembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-12-exotic-six-quark-particle-supercomputers.html

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