Vous avez peut-être entendu que le CERN a annoncé la découverte (confirmation, en fait. Voir l'addenda ci-dessous.) D'une particule étrange connue sous le nom de Z (4430). Un article résumant les résultats a été publié sur l'arxiv de physique, qui est un référentiel pour les articles de physique préimprimés (pas encore évalués par des pairs). La nouvelle particule est environ 4 fois plus massive qu'un proton, a une charge négative et semble être une particule théorique connue sous le nom de tétraquark. Les résultats sont encore jeunes, mais si cette découverte tient le coup, elle pourrait avoir des implications pour notre compréhension des étoiles à neutrons.
Les éléments constitutifs de la matière sont constitués de leptons (tels que l'électron et les neutrinos) et de quarks (qui constituent des protons, des neutrons et d'autres particules). Les quarks sont très différents des autres particules en ce qu'ils ont une charge électrique qui est 1/3 ou 2/3 celle de l'électron et du proton. Ils possèdent également un type différent de «charge» appelé couleur. Tout comme les charges électriques interagissent à travers une force électromagnétique, les charges de couleur interagissent à travers la force nucléaire puissante. C'est la charge de couleur des quarks qui fonctionne pour maintenir les noyaux des atomes ensemble. La charge de couleur est beaucoup plus complexe que la charge électrique. Avec la charge électrique, il y a simplement positif (+) et son opposé, négatif (-). Avec la couleur, il existe trois types (rouge, vert et bleu) et leurs opposés (anti-rouge, anti-vert et anti-bleu).
En raison du fonctionnement de la force forte, nous ne pouvons jamais observer un quark libre. La force forte exige que les quarks se regroupent toujours pour former une particule de couleur neutre. Par exemple, un proton se compose de trois quarks (deux en haut et un en bas), où chaque quark est d'une couleur différente. Avec la lumière visible, l'ajout de lumière rouge, verte et bleue vous donne une lumière blanche, incolore. De la même manière, la combinaison d'un quark rouge, vert et bleu vous donne une particule de couleur neutre. Cette similitude avec les propriétés de couleur de la lumière explique pourquoi la charge des quarks porte le nom des couleurs.
La combinaison d'un quark de chaque couleur en groupes de trois est un moyen de créer une particule de couleur neutre, et ceux-ci sont appelés baryons. Les protons et les neutrons sont les baryons les plus courants. Une autre façon de combiner des quarks consiste à associer un quark d'une couleur particulière avec un quark de son anti-couleur. Par exemple, un quark vert et un quark anti-vert pourraient se combiner pour former une particule de couleur neutre. Ces particules à deux quarks sont connues sous le nom de mésons et ont été découvertes pour la première fois en 1947. Par exemple, le pion chargé positivement se compose d'un quark up et d'un antiparkarticle down quark.
Selon les règles de la force forte, il existe d'autres façons dont les quarks pourraient se combiner pour former une particule neutre. L'un d'eux, le tétraquark, combine quatre quarks, où deux particules ont une couleur particulière et les deux autres ont les anti-couleurs correspondantes. D'autres, comme le pentaquark (3 couleurs + une paire de couleurs anti-couleur) et l'hexaquark (3 couleurs + 3 anti-couleurs) ont été proposés. Mais jusqu'à présent, tous ces éléments ont été hypothétiques. Bien que ces particules soient de couleur neutre, il est également possible qu’elles ne soient pas stables et se désintègrent simplement en baryons et mésons.
Il y a eu quelques indices expérimentaux de tétraquarks, mais ce dernier résultat est la preuve la plus forte de 4 quarks formant une particule de couleur neutre. Cela signifie que les quarks peuvent se combiner de manière beaucoup plus complexe que ce à quoi nous nous attendions initialement, ce qui a des implications pour la structure interne des étoiles à neutrons.
Très simplement, le modèle traditionnel d'une étoile à neutrons est qu'elle est constituée de neutrons. Les neutrons sont constitués de trois quarks (deux vers le bas et un vers le haut), mais on pense généralement que les interactions des particules au sein d'une étoile à neutrons sont des interactions entre les neutrons. Avec l'existence de tétraquarks, il est possible que les neutrons dans le cœur interagissent assez fortement pour créer des tétraquarks. Cela pourrait même conduire à la production de pentaquarks et d'hexaquarks, ou même que les quarks pourraient interagir individuellement sans être liés à des particules de couleur neutre. Cela produirait un objet hypothétique connu sous le nom d'étoile de quark.
Tout cela est hypothétique à ce stade, mais les preuves vérifiées de tétraquarks obligeront les astrophysiciens à réexaminer certaines des hypothèses que nous avons sur l'intérieur des étoiles à neutrons.
Addenda: Il a été souligné que les résultats du CERN ne sont pas une découverte originale, mais plutôt une confirmation de résultats antérieurs par la Belle Collaboration. Les résultats de Belle peuvent être trouvés dans un article de 2008 dans Physical Review Letters, ainsi que dans un article de 2013 dans Physical Review D. Ainsi, le crédit est dû.
