Les scientifiques ont maintenant cartographié les forces qui agissent à l’intérieur d’un proton, montrant avec une précision sans précédent comment les quarks – les minuscules particules qu’il contient – réagissent lorsqu’ils sont frappés par des photons à haute énergie.
L’équipe internationale comprend des experts de l’université d’Adélaïde qui explorent la structure de la matière subatomique pour tenter de mieux comprendre les forces qui sous-tendent le monde naturel.
« Nous avons utilisé une puissante technique de calcul appelée chromodynamique quantique des réseaux pour cartographier les forces agissant à l’intérieur d’un proton », a déclaré le professeur associé Ross Young, directeur associé de l’apprentissage et de l’enseignement à l’école de physique, de chimie et des sciences de la terre, qui fait partie de l’équipe. « Cette approche décompose l’espace et le temps en une grille fine, ce qui nous permet de simuler la façon dont la force forte – l’interaction fondamentale qui lie les quarks en protons et en neutrons – varie selon les différentes régions à l’intérieur du proton. »
Le résultat de l’équipe est probablement la plus petite carte de champ de force de la nature jamais générée. Ils ont publié leurs résultats dans la revue Physical Review Letters.
Joshua Crawford, doctorant à l’université d’Adélaïde, a dirigé les calculs de l’équipe de l’université d’Adélaïde et de collaborateurs internationaux. « Nos résultats révèlent que même à ces échelles minuscules, les forces en jeu sont immenses, atteignant jusqu’à un demi-million de newtons, soit l’équivalent d’environ 10 éléphants, comprimés dans un espace bien plus petit qu’un noyau atomique », a t-il indiqué.
« Ces cartes de forces offrent un nouveau moyen de comprendre la dynamique interne complexe du proton, ce qui permet d’expliquer pourquoi il se comporte comme il le fait dans les collisions à haute énergie, telles que celles du grand collisionneur de hadrons, et dans les expériences visant à sonder la structure fondamentale de la matière ».
Le grand collisionneur de hadrons (LHC) est l’accélérateur de particules le plus grand et le plus énergétique du monde. Il a été construit par l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) en collaboration avec plus de 10 000 scientifiques et des centaines d’universités et de laboratoires dans plus de 100 pays. L’objectif du LHC est de permettre aux physiciens de tester les prédictions des différentes théories de la physique des particules.
« Edison n’a pas inventé l’ampoule électrique en faisant des recherches sur des bougies plus lumineuses, il s’est appuyé sur des générations de scientifiques qui ont étudié l’interaction de la lumière avec la matière », a précisé le professeur associé Young.
« De la même manière, les recherches modernes telles que nos récents travaux révèlent comment les éléments fondamentaux de la matière se comportent lorsqu’ils sont frappés par la lumière, ce qui nous permet d’approfondir notre compréhension de la nature à son niveau le plus élémentaire. »
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« Alors que les chercheurs continuent d’élucider la structure interne du proton, une meilleure compréhension peut aider à affiner la façon dont nous utilisons les protons dans les technologies de pointe. »
« La protonthérapie, qui utilise des protons à haute énergie pour cibler précisément les tumeurs tout en minimisant les dommages causés aux tissus environnants, en est un exemple frappant. »
« Tout comme les premières percées dans la compréhension de la lumière ont ouvert la voie aux lasers et à l’imagerie modernes, l’avancée de nos connaissances sur la structure des protons pourrait façonner la prochaine génération d’applications dans les domaines de la science et de la médecine. »
« En rendant visibles pour la première fois les forces invisibles à l’intérieur du proton, cette étude comble le fossé entre la théorie et l’expérience, tout comme les générations précédentes ont découvert les secrets de la lumière pour transformer le monde moderne. »
Légende illustration : Nouvelles distributions de forces révélées par les calculs, en plus de la carte des probabilités de trouver un quark dans le proton. Joshua Crawford / Université d’Adélaïde.
Article: « Transverse Force Distributions in the Proton from Lattice QCD » – DOI : 10.1103/PhysRevLett.134.071901
Source : U. Adélaïde
