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Les physiciens viennent d’apprendre quelque chose d’important sur les protons

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Crédits : EzumeImages/iStock

Des physiciens ont réalisé une avancée significative dans la compréhension de la physique subatomique en mesurant une deuxième propriété mécanique des protons : la force de cisaillement ressentie à l’intérieur.

Les protons et la force forte

Les protons sont des particules subatomiques qui font partie de la famille des baryons aux côtés des neutrons et constituent les éléments de base des atomes. À leur tour, les protons et les neutrons sont composés de particules élémentaires plus petites appelées quarks. Les quarks sont des particules fondamentales, ce qui signifie qu’elles ne peuvent pas être divisées en composants plus petits.

Les protons sont maintenus ensemble par la force forte, également appelée interaction forte, l’une des quatre forces fondamentales de l’Univers. Les autres sont la gravité, l’électromagnétisme et la force faible. La force forte agit spécifiquement sur les quarks et les lie ensemble pour former des protons et des neutrons. Notez enfin que la force forte fonctionne en échangeant des particules appelées gluons entre les quarks. Ces gluons transportent la force entre les quarks et jouent un rôle crucial dans le maintien de la cohésion des protons et des neutrons au sein des noyaux atomiques.

En résumé, les protons, composés de quarks, sont maintenus ensemble par la force forte qui agit à travers l’échange de particules appelées gluons. Cette force est essentielle pour comprendre la stabilité des particules subatomiques et la structure fondamentale de la matière.

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Avec les nucléons et les neutrons, les protons constituent les noyaux d’atomes. Crédits : Pixabay

De nouvelles expériences sur les protons

Dans le cadre de ses travaux, une équipe de chercheurs a récemment concentré ses efforts sur la mesure de la distribution de la force forte à l’intérieur du proton. Pour ce faire, ils ont utilisé une méthode appelée diffusion Compton profondément virtuelle (DVCS) lors d’expériences menées au CEBAF (Continuous Electron Beam Accelerator Facility) du Jefferson Lab.

Dans le cadre de ces expériences, les scientifiques ont dirigé des électrons de haute énergie vers des protons d’hydrogène ciblés. À l’intérieur du proton, une particule subatomique appelée quark a émis un photon. Ce photon transporte des informations cruciales sur les propriétés du quark, ainsi que sur la manière dont la force forte se distribue à l’intérieur du proton.

Une avancée théorique, élaborée dans les premières années du nouveau millénaire par le physicien Maxim Polyakov, a établi une relation entre la mesure de la DVCS et le facteur de forme gravitationnel. Cela signifie que la méthode utilisée a permis non seulement de sonder la force forte à l’intérieur du proton, mais également de fournir des informations sur les effets de la gravité sur la matière.

Des données précieuses

En exploitant ces données, les chercheurs ont réussi à extraire des informations sur la pression interne du proton. Ils ont mesuré non seulement la force normale, qui est la force exercée perpendiculairement à la surface du proton, mais aussi la force de cisaillement, qui est la force exercée parallèlement à la surface du proton. Ces mesures ont offert une compréhension plus précise et détaillée de la structure mécanique du proton et révélé des aspects jusqu’alors inexplorés.

Cette avancée significative dans la mesure de la force de cisaillement à l’intérieur du proton ouvre la voie à plusieurs perspectives passionnantes dans le domaine de la physique des particules. En continuant à mesurer et à analyser la force de cisaillement, les scientifiques peuvent en effet obtenir une compréhension encore plus détaillée de la manière dont les quarks à l’intérieur du proton interagissent et de la distribution précise de la force forte.

Les travaux futurs pourraient également révéler d’autres propriétés mécaniques du proton jusqu’alors inconnues et offrir ainsi une image plus complète de la physique subatomique. Une meilleure compréhension des particules subatomiques pourrait aussi influencer divers domaines, de la technologie des matériaux aux applications en physique nucléaire.