Les particules lourdes que les physiciens appellent baryons ressemblent à de minuscules familles de trois quarks. Les baryons ordinaires sont les protons et les neutrons qui constituent tout ce qui nous entoure. Mais il existe aussi des cousins exotiques : au lieu de quarks légers, ils contiennent des quarks charmés ou beaux — lourds et éphémères. Ces particules ne naissent que lors de collisions dans les accélérateurs et ne vivent que des fractions de seconde à peine.
Pour connaître leurs masses, les scientifiques ne peuvent pas simplement peser la particule sur une balance. Ils utilisent plutôt des simulations sur réseau — une grille imaginaire qui découpe l'espace et le temps. Sur cette grille, on calcule comment se comportent les quarks et les gluons qui les lient. La principale difficulté est de bien rendre compte du mouvement du lourd quark beau. Auparavant, on le décrivait de manière approximative, comme s'il était immobile. Dans ce nouveau travail, une approche entièrement relativiste a été appliquée pour la première fois : le quark se déplace à une vitesse proche de celle de la lumière, et cela est pris en compte avec précision.
Les résultats des calculs concordent avec les données expérimentales pour les particules déjà connues et fournissent des prédictions pour celles qui ne sont pas encore découvertes. C'est comme construire un modèle précis d'une famille à partir de photos de quelques-uns de ses membres — et découvrir la taille et le poids de ceux qu'on n'a jamais vus. De tels calculs aident les physiciens à préparer les futures expériences au Grand collisionneur de hadrons et dans d'autres accélérateurs.
Maintenant que la méthode est validée, on peut calculer les masses de familles entières de particules lourdes. C'est une étape importante vers la compréhension de la façon dont les quarks s'assemblent pour former la matière — des combinaisons les plus légères aux plus lourdes.
Le plus lourd des baryons étudiés — le triplement beau — est composé de trois quarks beaux. Il est environ 15 fois plus lourd que le proton, mais il vit moins d'un billionième de seconde.