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Pour la première fois, les probabilités de désintégration de J/ψ et ψ(3686) en une paire d'hyperons Σ0 et un méson η ont été mesurées, affinant la règle des 12 %.
L'archéologue retire délicatement couche après couche, et chaque nouveau niveau sur le site de fouille du charmonium est une désintégration rare capturée par le détecteur. Le charmonium — un état lié d'un quark charmé et de son antiquark — ne vit que des fractions de seconde, mais il a le temps de nous renseigner sur les forces qui maintiennent les quarks ensemble. Cette fois, deux nouveaux canaux ont été mis au jour : J/ψ → Σ0Σ̄0η et ψ(3686) → Σ0Σ̄0η.
La probabilité du premier est de 7.5 chances sur 100 000, celle du second de 1.3 chance sur 100 000. Cela semble aussi difficile que de trouver un grain de sable marqué dans une poignée de 13 000 grains, mais pour les physiciens, c'est une mine d'or. Le rapport de ces probabilités — 17.3 % — devrait obéir à la « règle des 12 % » prédite par la chromodynamique quantique. Cette règle stipule que si deux particules se désintègrent en les mêmes fragments, le rapport de leurs probabilités est de 12 %. Ici, on obtient 17.3 %, ce qui est dans les 3σ de la prédiction. C'est un écart modéré, pas aussi dramatique que la fameuse « énigme ρπ », mais il ajoute un nouveau point sur la carte des violations.
La règle des 12 %, c'est comme s'attendre à ce que deux bâtiments similaires, construits avec les mêmes briques, s'effondrent de la même manière. Mais si l'un des bâtiments a une fissure cachée, les débris voleront différemment. Les écarts par rapport à la règle indiquent de telles « fissures » dans notre compréhension de l'interaction forte.
Le détecteur BESIII sur le collisionneur BEPCII a accumulé une statistique record : 10 milliards d'événements J/ψ et 2.7 milliards d'événements ψ(3686). Les hyperons Σ0 ont été reconstruits via leurs désintégrations en un photon et un baryon Λ, et le méson η via deux photons. Pour séparer le signal du bruit de fond, un ajustement cinématique avec quatre contraintes et la méthode des bandes latérales bidimensionnelles ont été utilisés. L'efficacité de détection a été déterminée en repondérant les événements simulés selon la distribution de Dalitz observée — c'est crucial, car les événements réels sont distribués différemment de ce que prédit un simple espace des phases.
Dans les spectres de masse invariante de Σ0η et Σ0Σ̄0, aucun résonance intermédiaire significative ni renforcement de seuil n'a été trouvé. Cela contraint les hypothèses sur le baryonium et les états multiquarks, qui sont activement discutés pour des canaux analogues. L'absence de renforcement est aussi un résultat : elle indique que la désintégration se fait directement, sans « stations » intermédiaires.
Le baryonium est un état lié hypothétique d'un baryon et d'un antibaryon, qui pourrait se manifester par une forte augmentation du nombre d'événements au seuil de production. Ici, une telle augmentation n'est pas observée.
Ce travail ajoute un nouveau point à la systématique des violations de la règle des 12 % pour les états finaux baryoniques. Pour la première fois, un canal avec une paire de Σ0 et un méson η a été mesuré, élargissant l'ensemble de données pour tester les modèles théoriques. L'accumulation d'une plus grande statistique de ψ(3686) auprès de BESIII et du futur STCF permettra de préciser Q et de vérifier si l'écart par rapport à 12 % est une fluctuation statistique ou un effet réel. L'archéologue continue de creuser — chaque nouvelle couche rapproche de la compréhension de la façon dont les quarks s'assemblent en hadrons.
La probabilité de désintégration J/ψ → Σ0Σ̄0η est d'environ 7.5 chances sur 100 000 — c'est comme trouver un grain de sable marqué dans une poignée de 13 000 grains.
