Boule de glu

En principe, il est possible de calculer exactement toutes les propriétés des boules de glu, directement à partir des équations et des constantes fondamentales de la chromodynamique quantique (CDQ) sans avoir à mesurer de nouvelles valeurs. Les propriétés supposées de ces particules hypothétiques peuvent être décrites avec un luxe de détails en utilisant le modèle standard, modèle qui bénéficie d'une large acceptation au sein de la physique théorique. En pratique cependant, les calculs de CDQ sont si complexes qu'on a toujours recours à des approximations numériques pour en déterminer les solutions (avec des méthodes très différentes). De plus les incertitudes considérables sur les mesures de certaines constantes physiques clés peuvent mener à des variations dans les prédictions théoriques des propriétés des boules de glu telles que leur masse, leur rapport de branchement ou leur désintégration.

Les études théoriques des boules de glu se sont concentrées sur les boules composées de deux ou trois gluons par analogie avec les mésons et les baryons qui ont respectivement deux et trois quarks. Comme les mésons et les baryons, les boules de glu seraient neutres de couleur (c'est-à-dire d'isospin nul). Le nombre baryonique d'une boule de glu est 0.

Comme les boules de glu prédites par le modèle standard sont extrêmement éphémères (elles se désintègrent presque immédiatement en des produits plus stables) et ne sont générées que dans une physique des hautes énergies, les boules de glu ne peuvent être produites que synthétiquement dans des conditions aisément observables sur Terre. Elles sont donc scientifiquement importantes car elles fournissent une prédiction vérifiable du modèle standard et non pas pour leur impact sur les processus macroscopiques.

La théorie des champs sur réseau (en) fournit une méthode pour étudier théoriquement le spectre des boules de glu à partir des principes fondamentaux. Certaines des premières quantités calculées en utilisant les techniques de chromodynamique quantique sur réseau (en 1980) étaient des estimations de la masses des boules de glu[8]. Morningstar et Peardon[9] calculèrent en 1999 la masse des boules de glu les plus légères sans quark dynamique. Les trois états les plus légers sont donnés ci-dessous. La présence de quarks dynamiques modifierait légèrement ces valeurs mais rendrait les calculs plus difficiles encore. Depuis, les calculs de chromodynamique (sur réseau avec règles additives) ont trouvé que les boules de glu les plus légères sont des scalaires de masses comprises entre 1 000 et 1 700 MeV[10].

Les expériences menées sur des accélérateurs de particules sont souvent capables d'identifier des particules composites instables et de leur attribuer une masse avec une précision de l'ordre du MeV/c² sans pour autant être capables de déterminer immédiatement toutes les propriétés correspondantes à la résonance observée. Si les particules détectées dans certaines expériences sont indubitables, d'autres restent encore hypothétiques. Certaines de ces particules candidates pourraient être des boules de glu bien que les preuves ne soient pas irréfutables. On compte notamment :

• X(3020) observées par la collaboration BaBar pourraient être une boule de glu d'état 2-+, 1+- ou 1-- avec une masse autour de 3,02 GeV/c²[4].
• f₀(500)/σ -- les propriétés de cette particule pourraient être celles d'une boule de glu de masse entre 1 000 et 1 500 MeV/c²[11].
• f₀(980) -- la structure de cette particule composite est en adéquation avec l'existence d'une boule de glu légère[11].
• f₀(1370) -- l'existence de cette résonance est discutée, mais elle pourrait être une candidate pour une boule de glu-méson d'états mélangés[11].
• f₀(1500) -- l'existence de cette résonance est largement acceptée, mais sa validation comme boule de glu-méson d'états mélangés ou pure n'est pas fermement établie[11].
• f₀(1710) -- l'existence de cette résonance est largement acceptée, mais sa validation comme boule de glu-méson d'états mélangés ou pure n'est pas fermement établie[11].
• Les jets de gluons de l'expérience du LEP sont en excès de clusters électromagnétiques neutres de 40 % par rapport aux prédictions théoriques ce qui suggère que des particules électromagnétiques neutres attendues dans des environnements riches en gluons telles que les boules de glu pourraient y être présentes[11].

Nombre de ces candidats font le sujet de recherches actives depuis le milieu des années 1990[6]. L'expérience GlueX (en), prévues pour 2014, a été conçue pour produire des preuves expérimentales définitives sur l'existence des boules de glu.