Physiciens nucléaires à la recherche de protons pressés


Physiciens nucléaires à la recherche de protons pressés

Dans une nouvelle expérience, des électrons de haute énergie ont été utilisés pour éliminer les protons d’un de carbone à la recherche de «protons pressés». Ce sont des protons qui sont « pressés » de telle manière que leurs quarks sont dans une petite configuration afin qu’ils puissent glisser hors du noyau sans interagir avec d’autres protons ou neutrons. Cet effet est connu sous le nom de transparence des couleurs. La nouvelle expérience a porté les mesures aux vitesses les plus élevées jamais étudiées avec des électrons, mais a révélé que les protons assommés se comportent comme des protons ordinaires. Crédit photo: Jefferson Lab par DOE

Alors que les protons peuplent le noyau de chaque de l’univers, ils peuvent parfois être pressés dans une taille plus petite et glisser hors du noyau pour s’ébattre d’eux-mêmes. L’observation de ces protons compressés peut offrir des informations uniques sur les particules qui composent notre univers.

Désormais, les chercheurs à la recherche de ces protons pressés à l’installation nationale d’accélérateur Thomas Jefferson du département américain de l’Énergie sont arrivés les mains vides, suggérant que le phénomène implique plus que prévu. Le résultat a été récemment publié dans Lettres d’examen physique.

«Nous voulions presser le proton pour que ses quarks soient petits. Et c’est assez difficile», a déclaré Holly Szumila-Vance, une employée de Jefferson Lab.

Les protons se composent de trois quarks, qui sont reliés par la force forte. Avec un proton , la force forte est si forte qu’elle s’échappe et le proton se colle à d’autres protons et neutrons dans le noyau. Cela correspond à la chromodynamique quantique (QCD), la théorie qui décrit comment les quarks et la force forte fonctionnent ensemble. En QCD, la force forte est également appelée force de couleur.

Cependant, la QCD prédit également que le proton peut être pressé ensemble de telle sorte que les quarks deviennent plus étroitement connectés – et s’enroulent essentiellement si étroitement dans la force de couleur qu’il ne sort plus du proton. Dans ce cas, le proton n’adhère plus aux autres particules et peut se déplacer librement à travers le noyau. Ce phénomène est connu sous le nom de «transparence des couleurs» car le proton est devenu invisible à la puissance de couleur des particules qui l’entourent.

«C’est une prédiction fondamentale de la chromodynamique quantique, la théorie qui décrit ces particules», a expliqué Szumila-Vance.

Une expérience antérieure a montré la transparence des couleurs dans des particules plus simples constituées de quarks appelés pions. Là où les protons ont trois quarks, les pions n’en ont que deux. En outre, une autre expérience avec des protons avait suggéré que les protons pourraient avoir une transparence de couleur même à des énergies qui sont à portée de l’installation récemment modernisée du Jefferson Lab.

« Nous nous attendions à ce que les protons soient compressés comme les pions », a déclaré Dipangkar Dutta, professeur à l’Université d’État du Mississippi et porte-parole de l’expérience. « Mais nous sommes allés à des énergies de plus en plus élevées et ne pouvons toujours pas les trouver. »

L’expérience a été l’une des premières à être menée après sa mise à niveau de 12 GeV dans l’installation d’accélérateur de faisceaux d’électrons continus, une installation utilisateur du bureau de la science du DOE. Dans l’expérience, les physiciens nucléaires ont guidé des électrons de haute énergie du CEBAF dans les noyaux d’atomes de carbone. Ils ont ensuite mesuré les électrons sortant et tous les protons sortant.

«C’était une expérience passionnante à laquelle participer. C’était la première expérience qui a été menée dans le hall expérimental C après que nous ayons modernisé le hall pour des essais de 12 GeV», a déclaré Szumila-Vance. « C’étaient les protons d’impulsion les plus élevés mesurés au Jefferson Lab et les protons d’impulsions les plus élevés jamais produits par diffusion d’électrons. »

« Aux énergies que nous étudions, le proton est généralement décimé et vous regardez les débris du proton », a expliqué Dutta. « Mais dans notre cas, nous voulons que le proton reste un proton, et la seule façon qui peut arriver est que les quarks se serrent ensemble et se tiennent beaucoup plus étroitement afin qu’ils puissent s’échapper du noyau ensemble. »

Alors que les physiciens nucléaires ont observé plusieurs milliers de protons dans l’expérience, ils n’ont trouvé aucun signe révélateur de transparence des couleurs dans les nouvelles données.

« Je pense que cela nous indique que le proton est plus compliqué que prévu », a déclaré Szumila-Vance. « C’est une prédiction de base de la théorie. Nous savons qu’elle doit exister avec une énergie élevée, mais nous ne savons pas encore où cela se produira. »

Les chercheurs ont déclaré que la prochaine étape consistait à mieux comprendre le phénomène dans les particules plus simples là où il a déjà été observé afin que de meilleures prévisions puissent être faites pour des particules plus complexes comme les protons.


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Plus d’information:
D. Bhetuwal et al., Exclusion de la transparence des couleurs en C12 quasi-élastique (e, e’p) à Q2 de 14,2 (GeV / c) 2, Lettres d’examen physique (2021). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.082301

Fourni par le Thomas Jefferson National Accelerator Facility

Citation: Physiciens nucléaires à la recherche de protons comprimés (2021, 26 février) récupéré le 26 février 2021 sur https://phys.org/news/2021-02-nuclear-physicists-protons.html

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