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La pression à l’intérieur d’un seul proton est plus élevée que dans une étoile à neutrons !

étoile à neutrons
Crédits : Wikimedia Commons / Penn State University

La pression à l’intérieur des particules qui composent chaque atome dans l’Univers pourrait être supérieure à la pression observée dans les étoiles les plus denses, selon de nouvelles mesures.

Les scientifiques de Jefferson Lab en Virginie (États-Unis) ont récemment calculé la pression ressentie à l’intérieur de chaque proton. Et le résultat est assez ahurissant : elle serait plus élevée que celle ressentie dans une étoile à neutrons. « Les étoiles à neutrons sont parmi les objets les plus denses que nous connaissions dans l’Univers », note Volker Burkert, principal auteur de l’étude. Les chercheurs ont ici estimé la pression subie par les quarks – les particules qui composent les protons – à 100 décillions Pascal (10 35), ce qui est environ dix fois plus élevé que la pression ressentie dans le cœur d’une étoile à neutrons.

« Nous avons trouvé une pression dirigée vers l’extérieur extrêmement élevée au centre du proton, et une pression dirigée vers l’intérieur beaucoup plus basse et plus étendue près de la périphérie du proton », explique le chercheur, qui note que la distribution de la pression dans le proton est dictée par la force forte, celle (l’une des quatre fondamentales) qui lie trois quarks ensemble pour former un proton. « Nous fournissons un moyen de visualiser l’ampleur et la distribution de la force forte à l’intérieur du proton, ouvrant une nouvelle fenêtre sur la physique nucléaire et des particules qui pourra être explorée à l’avenir ». Pourquoi est-il intéressant d’en savoir plus sur le proton ? Car sans protons, il n’y aurait pas d’atomes, donc pas de matière, ce qui signifie pas de vie.

Par ailleurs, les physiciens mesurent encore aujourd’hui deux valeurs différentes pour le rayon du proton, une incohérence frustrante. Cette dernière recherche pourrait en revanche offrir une nouvelle façon de mesurer le rayon du proton en fonction de la distribution de la pression à l’intérieur de la particule. Des expériences plus précises pour mesurer d’autres propriétés du proton sont à l’horizon, ce qui réduirait une partie de l’incertitude actuellement rencontrée par les chercheurs. Mais cela vaut la peine d’apprécier qu’il faut beaucoup d’efforts à la nature pour maintenir ensemble ces petits quarks.

Vous retrouverez tous les détails de cette étude dans la revue Nature.

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