L’intérêt pour l’étude des mésons vecteurs dans la matière nucléaire est lié à la recherche d’un signal pour une restauration partielle de la symétrie chirale du vide de la Chromodynamique Quantique (QCD), la théorie fondamentale des interactions fortes. Au niveau du lagrangien de QCD, la symétrie chirale (liée au fait que dans la limite des masses nulles, les quarks d’hélicité différente n’interagissent pas) est presque exacte. Elle est violée cependant dans les états physiques et en particulier dans le vide, qui est une superposition de paires de quarks-antiquarks qui brisent la symétrie chirale (on parle de brisure spontanée de la symétrie). Lorsque la densité baryonique ou la température augmente, des théories prédisent une restauration graduelle de cette symétrie du vide de QCD et, de façon corrélée, une modification des propriétés (masses, largeurs) de certains hadrons, en particulier des mésons vecteurs (r,w,f) (voir tableau ci_dessous).

La décroissance des mésons vecteurs en paires (e⁺,e^-) a un faible rapport de branchement (quelques 10^-5) mais c’est le seul mode qui soit quasiment exempt de distorsions car les électrons interagissent peu avec la matière nucléonique environnante alors que les modes hadroniques sont pollués par les effets des reinteractions ( voir figure ci-dessous).

La collaboration HADES se propose de rechercher et de mesurer un signal de restauration de la symétrie chirale dans des expériences de collisions C+C ou Au+Au à 1 GeV/nucléon où une matière dense (2 à 3 fois la densité nucléaire normale) et chaude (T 80 MeV) sera produite pendant un temps assez long par rapport à la durée de vie du méson r pour qu’il décroisse avec une grande probabilité à l’intérieur de cette zone. Ces expériences seront complétées par des mesures en faisceaux de protons pour normaliser l’effet éventuellement observé.

Pour l’étude du méson w qui, à cause de sa trop grande durée de vie, décroît dans les collisions d’ions lourds le plus souvent à l’extérieur de la zone dense, les expériences prévues avec le faisceau de p^- du GSI sont mieux adaptées cinématiquement.

L’autre volet du programme expérimental HADES consiste en l’étude de la structure électromagnétique de hadrons produits en réactions élémentaires. Par exemple, on peut avec HADES signer la réaction p⁺ p p⁺ pw⁰ et mesurer finement le facteur de forme de transition

w⁰p⁰e⁺e^-.

IPN science n°6