Un méson de courte durée de vie composé d'un quark charmé et de son antiquark, étudié via ses désintégrations rares.Le méson η_c (êta-c) est un état de charmonium, c'est-à-dire qu'il est composé d'un quark charmé et de son antiquark, tout comme le J/ψ, mais avec des nombres quantiques différents. Plus précisément, le η_c est l'état fondamental de spin singulet du charmonium, avec un spin 0 et une parité négative, tandis que le J/ψ est l'état de spin triplet avec un spin 1. Le η_c est une particule de courte durée de vie, avec une durée de vie d'environ 2×10⁻²³ secondes, se désintégrant principalement par l'interaction forte en hadrons plus légers. Ses désintégrations rares, comme celle en deux photons, sont particulièrement intéressantes car elles procèdent par interactions électromagnétiques et peuvent être calculées avec une grande précision dans le modèle standard, ce qui en fait des sondes sensibles pour la nouvelle physique.
Le η_c a été observé pour la première fois en 1980 dans les laboratoires SLAC et DESY, à la suite de la découverte du J/ψ. Son identification a fait partie de l'exploration systématique des états de charmonium prédits par le modèle des quarks.
Le η_c est produit dans des collisions de particules, souvent par la désintégration d'états de charmonium plus lourds comme le ψ(2S) ou dans les désintégrations de mésons B. Ses désintégrations sont reconstruites en détectant les particules de l'état final, comme des paires de photons ou des jets hadroniques. Le rapport d'embranchement pour η_c → γγ (deux photons) est prédit par le modèle standard à environ 2,45 pour 10 000, et mesurer ce taux avec précision teste notre compréhension des états liés quark-antiquark et le rôle de l'interaction forte. Toute déviation significative par rapport à la valeur prédite pourrait indiquer des contributions de nouvelles particules ou interactions.
Le η_c est utilisé dans des tests de précision de la chromodynamique quantique (QCD), la théorie de l'interaction forte, et dans la recherche de physique au-delà du modèle standard, en particulier dans des expériences auprès des usines à B comme Belle II et LHCb.
Le η_c est parfois appelé « état fondamental du charmonium » car c'est l'état lié de plus basse énergie d'un quark charmé et de son antiquark, même s'il est plus lourd que le J/ψ en masse en raison de sa configuration de spin différente.
