Les physiciens de l'expérience Beijing Spectrometer III (BES III) ont mis au jour ce qu'ils appellent la preuve la plus solide à ce jour de l'existence des boules de glu - ces particules mythiques composées entièrement de gluons que la théorie quantique insiste pour dire qu'elles devraient exister mais qui se sont montrées plutôt timides à se manifester. Les résultats sont apparus dans une prépublication sur arXiv le mois dernier et ont été présentés à la Conférence internationale sur la physique des hautes énergies (ICHEP) la semaine dernière.

Revenons aux bases : tout ce que vous voyez est fait de quarks, maintenus ensemble par des gluons, qui sont les porteurs de la force nucléaire forte. Ces gluons (oui, c'est vraiment de là que vient le nom) lient les quarks en protons et en neutrons, qui forment les noyaux des atomes. Le boson de Higgs, découvert en 2012 après des décennies de recherche, a été salué comme la pièce finale du modèle standard, mais il manque encore des morceaux - les boules de glu étant un morceau plutôt flagrant. Elles sont une prédiction directe de la chromodynamique quantique (QCD), la théorie de la force forte, et il devrait même en exister plusieurs variétés.

Comme Matthew Francis l'a expliqué pour Ars en 2015, les boules de glu font partie de la raison pour laquelle la matière a une masse. Comme le Higgs, elles sont liées à la masse, mais d'une manière différente : la majeure partie de la masse des protons et des neutrons ne vient pas des quarks mais de l'énergie des gluons qui les lient, grâce à E=mc². Les gluons collent aussi entre eux, pas seulement aux quarks, donc théoriquement on peut construire une particule faite uniquement de gluons - sans quarks. C'est la boule de glu.

La chasse s'est concentrée sur la particule J/ψ, un méson avec un quark charmé et un antiquark charmé, découvert en 1974. Lorsque les particules J/ψ se désintègrent, elles produisent un tas de gluons et de hadrons, ce qui en fait un terrain de chasse privilégié pour les signatures de boules de glu. Pour qu'une particule soit candidate à une boule de glu, elle doit avoir un spin nul, une charge électrique nulle et une parité impaire, entre autres.

Entrez BES III, un collisionneur électron-positon conçu spécifiquement pour cette chasse. Il a commencé à collecter des données en 2008 et en un an avait enregistré plus de 226 millions d'événements. L'un des candidats les plus forts pour la boule de glu la plus légère est la particule X(2370), découverte là-bas en 2011, avec une masse initialement mesurée à 2,370 GeV/C², légèrement en dessous de la prédiction de 2,395 GeV/C² de la QCD sur réseau.

En 2024, BES III avait accumulé plus de 10 milliards d'événements J/ψ, ce qui a permis de repérer des événements rares et des états exotiques comme les mésons XYZ et les tétraquarks, et de mesurer X(2370) avec une précision sans précédent. L'équipe a obtenu une masse prédite de 2,395 GeV/C² - une belle correspondance avec la théorie - et un spin et une parité conformes à la QCD. Pourtant, ce n'était pas tout à fait suffisant pour déclarer une découverte.

Mais maintenant, les derniers résultats examinent plusieurs modes de désintégration de X(2370) non rapportés auparavant. L'analyse montre qu'il s'agit d'un « singulet de saveur », ce qui signifie qu'il n'est lié à aucune saveur de quark spécifique (haut, bas ou étrange) - un indice vital qu'il est composé principalement de gluons, à environ 90 % selon la collaboration. Cela correspond aux trois propriétés prédites principales pour une boule de glu, ce que l'équipe BES III appelle une chaîne complète de preuves.

« C'est un triomphe expérimental », a déclaré Colin Morningstar, physicien des particules à l'Université Carnegie Mellon, qui n'a pas participé à l'étude, à Science. « C'est la preuve la plus solide à ce jour que des particules dominées par une composante de boule de glu peuvent exister dans la nature. »

Prochaine étape : une vérification indépendante, peut-être à la Super Tau-Charm Facility (STCF) proposée en Chine ou au collisionneur électron-ion en construction au Brookhaven National Laboratory aux États-Unis. Mais BES III est actuellement la seule machine consacrée exclusivement à la chasse aux gluons, donc la confirmation pourrait prendre un certain temps. L'article est sur arXiv, 2026, DOI : 10.48550/arXiv.2607.20366.