Sur les accélérateurs, il arrive que naissent des particules qui ne rentrent pas dans le schéma habituel de deux ou trois quarks. Deux de ces particules, Zb(10610) et Zb(10650), intriguent les physiciens depuis plus de dix ans. Elles ressemblent à des analogues lourds des pions, mais avec un signe évident d'une composition à quatre quarks. La question est de savoir comment ces quatre quarks sont agencés.

Deux scénarios principaux se présentent. Le premier : les quatre quarks sont regroupés dans un amas compact — c'est un tétraquark. Le second : deux quarks forment un méson, deux autres un second méson, et ces deux mésons sont liés à distance, comme des atomes dans une molécule. Pour Zb(10610) et Zb(10650), des scénarios mixtes sont aussi possibles — la particule passe une partie de son temps en amas, une autre en paire de mésons.

Les auteurs de la nouvelle étude proposent un moyen de distinguer ces scénarios sans « ouvrir » directement la particule. Ils ont calculé ce qui se passerait si un faisceau de photons de haute énergie (61–90 GeV) était dirigé sur un noyau de carbone ou de tungstène. Le photon peut entrer en collision avec un proton ou un neutron du noyau et produire une particule Zb. Ensuite, cette particule traverse la matière nucléaire, et c'est là que sa structure interne se manifeste. Un tétraquark compact traverse le noyau presque sans encombre, comme une balle à travers un brouillard. Une molécule diffuse de deux mésons, en revanche, a une taille plus grande, donc interagit plus souvent avec les nucléons et est absorbée — comme une éponge qu'il est plus difficile de faire passer à travers un filet à mailles fines.

Les calculs montrent que le rendement des particules Zb et leur distribution en impulsion diffèrent sensiblement selon les scénarios. Par exemple, à une énergie de photon de 75 GeV et pour des particules émises à petits angles (0–5 degrés), le rapport des rendements sur tungstène et sur carbone sera différent pour un tétraquark compact et pour un état moléculaire. Ces différences sont suffisamment grandes pour que de futures expériences puissent les détecter de manière fiable.

Les collisionneurs électron-ion prévus aux États-Unis et en Chine fourniront justement la luminosité et la précision nécessaires à de telles mesures. Si les données correspondent à l'une des prédictions, nous saurons enfin comment sont faites ces particules mystérieuses. Et cela, à son tour, aidera à comprendre comment les quarks s'assemblent en combinaisons plus complexes que les paires et les triplets habituels.

Ainsi, la physique apprend peu à peu à « sonder » les hadrons exotiques sans les détruire. Et peut-être que, dans les prochaines années, le mystère des particules Zb sera résolu.