Une expérience menée en Allemagne offre la première preuve d’un appariement prévu depuis longtemps entre un noyau de carbone 11 et un méson η’ (méson êta premier), mettant en lumière la manière dont la force la plus puissante de la nature contribue à générer de la masse.
« En physique, une distinction est faite entre quatre forces fondamentales : la gravité, l’électromagnétisme, l’interaction forte et l’interaction faible », a déclaré le professeur Kenta Itahashi du RIKEN et de l’Université d’Osaka et ses collègues.
« De nombreux systèmes liés sont maintenus ensemble par ces forces. Par exemple, la Terre et la Lune sont liées par la gravité, et dans les atomes, l’interaction électromagnétique maintient ensemble le noyau atomique chargé positivement et les électrons chargés négativement. »
« Les noyaux atomiques sont constitués de protons et de neutrons et sont liés entre eux par une forte interaction. »
« En plus des protons et des neutrons, chacun constitué de trois quarks, d’autres particules sont soumises à une forte interaction, notamment les mésons. »
« Certains mésons sont électriquement négatifs », ajoutent les physiciens.
« Dans de rares cas, ils peuvent donc remplacer un électron dans les atomes et sont alors liés au noyau atomique par l’interaction électromagnétique, à l’instar des électrons. »
« Cependant, il existe également des mésons électriquement neutres tels que le méson η’. »
« Comme il ne porte aucune charge électrique, il ne peut pas être lié électromagnétiquement au noyau, mais uniquement via une interaction forte. »
« Un tel état, dans lequel seule l’interaction forte se lie, est particulièrement intéressant car il permet de tirer des conclusions sur les propriétés de cette force. »
En 2005, les scientifiques ont prédit l’existence d’un système méson-noyau lié uniquement par l’interaction forte.
Cependant, les expériences visant à rechercher cet état exotique sont restées infructueuses jusqu’à récemment.
Le professeur Itahashi et ses co-auteurs ont réalisé leur nouvelle expérience au séparateur de fragments GSI en Allemagne.
« Un faisceau de protons frappe un noyau de carbone 12 à environ 96 % de la vitesse de la lumière et en arrache un neutron, qui forme un deuton avec le proton et s’éloigne vers l’avant », ont-ils expliqué.
« Le noyau de carbone 11 restant est placé dans un état hautement énergétique. Cette énergie d’excitation peut donner naissance à un méson η’, qui, dans de rares cas, se lie au noyau de carbone 11 – un état quantique lié de courte durée. »
L’importance de ce résultat expérimental va bien au-delà de la première détection d’un état nucléaire exotique.
Parallèlement, il a été démontré que la masse du méson η’ diminue dans la matière d’un noyau atomique.
Le résultat aide à comprendre comment la masse des mésons apparaît : si vous additionnez les masses des quarks dans le méson η’, vous obtenez seulement environ un pour cent de la masse d’un méson η’ libre.
« Notre collaboration prévoit de mener une expérience de suivi améliorée avec beaucoup plus de données de mesure afin de déterminer plus précisément les propriétés spectroscopiques du système lié méson-noyau η’, en particulier les niveaux d’énergie, l’énergie de liaison et la largeur de désintégration », ont déclaré les chercheurs.
Leur article paraît dans la revue Physical Review Letters.
