Une nouvelle approche théorique a permis de cartographier avec précision les quarks à l’intérieur des protons, révélant des différences clés dans la distribution de ces particules subatomiques. Cette découverte pourrait avoir des implications significatives pour notre compréhension des propriétés des protons et de la matière en général.
Les protons sont constitués de deux quarks up et d’un quark down. De récentes prédictions concernant la distribution spatiale des charges, de l’élan et d’autres propriétés des quarks à l’intérieur des protons ont révélé des différences clés entre les quarks up et down.
Les calculs montrent que les quarks up sont plus symétriquement distribués et couvrent une distance plus petite à l’intérieur du proton que le quark down. Dans les protons polarisés, où le spin (moment angulaire) du proton est aligné dans une direction particulière, la distribution de l’élan des quarks down est particulièrement asymétrique et déformée par rapport aux quarks up.
Ces résultats suggèrent que ces deux types de quarks contribuent différemment aux propriétés d’un proton.
Une nouvelle approche théorique pour comprendre les protons
Les scientifiques qui étudient les noyaux atomiques cherchent à comprendre comment les quarks et les gluons – les particules qui composent les protons et les neutrons – contribuent aux propriétés globales d’un proton. Les nouveaux calculs sont les premiers à utiliser une nouvelle approche théorique pour obtenir une carte haute résolution des quarks dans un proton.
Les prédictions fournissent des informations sur la manière dont les blocs de construction internes contribuent aux propriétés du proton, comme le spin. Les médecins utilisent le spin du proton tous les jours dans l’imagerie par résonance magnétique, mais ses origines restent un mystère. Les calculs résultant de cette nouvelle approche théorique aideront également à interpréter les données des expériences de physique nucléaire.
Des expériences pour explorer la structure des protons
Des expériences pour explorer la structure des protons ont lieu à l’Accélérateur à faisceau d’électrons continu et sont prévues pour le futur Collisionneur électron-ion au Brookhaven National Laboratory.
Dans ces expériences, des électrons à haute énergie émettent des photons virtuels qui se dispersent et changent l’élan global d’un proton. Les dispersions donnent aux scientifiques accès à la Distribution généralisée des Partons (GPD) – comment l’énergie-élan et d’autres caractéristiques des quarks et des gluons sont distribuées à l’intérieur du proton. C’est comme une technique d’imagerie par rayons X pour les blocs de construction de la matière en vrac. Les modèles théoriques fournissent une base pour analyser et prédire les résultats de ces expériences.
En synthèse
En somme, une collaboration de théoriciens nucléaires du Brookhaven National Laboratory, de l’Argonne National Laboratory, de l’Université Temple, de l’Université Adam Mickiewicz de Pologne et de l’Université de Bonn, en Allemagne, a utilisé une nouvelle formalisation théorique pour calculer les GPD.
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Leur approche a permis de simuler un très grand nombre de ces interactions de dispersion pour produire des cartes détaillées de la distribution de l’élan, de la charge et d’autres caractéristiques des quarks up et down à l’intérieur des protons non polarisés et polarisés. Les résultats montrent des différences clés entre les quarks up et down et suggèrent que ces deux types de quarks contribuent différemment aux propriétés des protons.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un proton ?
Un proton est une particule subatomique présente dans le noyau de tous les atomes. Il est composé de deux quarks up et d’un quark down.
Qu’est-ce que le spin d’un proton ?
Le spin d’un proton est son moment angulaire intrinsèque. Il est utilisé tous les jours en imagerie par résonance magnétique, mais ses origines restent un mystère.
Qu’est-ce que la Generalized Parton Distribution (GPD) ?
La GPD est une mesure de la manière dont l’énergie-élan et d’autres caractéristiques des quarks et des gluons sont distribuées à l’intérieur du proton.
Qu’est-ce que la nouvelle approche théorique apporte à la compréhension des protons
La nouvelle approche théorique a permis d’obtenir une carte haute résolution des quarks dans un proton, révélant des différences clés dans la distribution de ces particules subatomiques.
Quelles sont les implications de ces découvertes ?
Ces découvertes pourraient avoir des implications significatives pour notre compréhension des propriétés des protons et de la matière en général.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| Les protons sont constitués de deux quarks up et d’un quark down. |
| Les quarks up sont plus symétriquement distribués à l’intérieur du proton que le quark down. |
| Dans les protons polarisés, la distribution de l’élan des quarks down est particulièrement asymétrique. |
| Les quarks up et down contribuent différemment aux propriétés d’un proton. |
| Les scientifiques utilisent une nouvelle approche théorique pour obtenir une carte haute résolution des quarks dans un proton. |
| Les médecins utilisent le spin du proton tous les jours en imagerie par résonance magnétique. |
| Les expériences pour explorer la structure des protons ont lieu au Continuous Electron Beam Accelerator Facility et au Brookhaven National Laboratory. |
| Les dispersions donnent aux scientifiques accès à la Generalized Parton Distribution (GPD). |
| Une collaboration de théoriciens nucléaires a utilisé une nouvelle formalisation théorique pour calculer les GPD. |
| Les résultats montrent des différences clés entre les quarks up et down. |
Références
Légende illustration principale : Une vue de l’intérieur d’un proton se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière vers l’observateur et dont le spin est orienté horizontalement montre des différences dans la distribution spatiale de la quantité de mouvement des quarks up (à gauche) et down (à droite) – le blanc est élevé, le violet est faible. Credit: Image courtesy of Brookhaven National Laboratory
Article : « Moments of proton GPDs from the OPE of nonlocal quark bilinears up to NNLO » – DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.108.014507
