Resolving a mathematical puzzle in quarks and gluons in nuclear matter
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Résoudre une énigme mathématique sur les quarks et les gluons dans la matière nucléaire
par le Département américain de l'énergie
Un dessin animé du plasma quark-gluon (petits cercles rouges, verts et bleus) produit lors d'une collision relativiste d'ions lourds entre deux noyaux lourds (cercles blancs). La collision produit un quark lourd ("Q" rouge) et une paire quark-antiquark lourd ("QǬ" vert). Crédit : Bruno Scheihing-Hitschfeld et Xiaojun Yao
Les éléments constitutifs des noyaux atomiques sont les protons et les neutrons, eux-mêmes constitués de particules encore plus fondamentales : les quarks et les gluons. Ces particules interagissent via la force forte, l'une des quatre forces fondamentales de la nature. Ils constituent les noyaux au cœur de chaque atome. Ils constituent également des formes de matière nucléaire chaude ou dense qui présentent des propriétés exotiques.
Les scientifiques étudient les propriétés de la matière nucléaire chaude et froide dans des expériences relativistes de collision d'ions lourds et continueront de le faire en utilisant le futur collisionneur électron-ion. Le but ultime est de comprendre comment des formes complexes de matière émergent de particules élémentaires soumises à des forces fortes.
Les calculs théoriques impliquant la force forte sont complexes. Un aspect de cette complexité provient du fait qu'il existe de nombreuses façons d'effectuer ces calculs. Les scientifiques se réfèrent à certains d'entre eux comme des choix de jauge. Tous les choix de jauge doivent produire le même résultat pour le calcul de toute quantité pouvant être mesurée dans une expérience. Cependant, un choix particulier, appelé jauge axiale, a intrigué les scientifiques pendant des années en raison des difficultés à obtenir des résultats cohérents après avoir fait ce choix.
Une étude récente, publiée dans Physical Review Letters, résout ce casse-tête et ouvre la voie à des calculs fiables des propriétés de la matière nucléaire chaude et froide qui peuvent être testées dans des expériences actuelles et futures.
La forme exotique de la matière nucléaire que les physiciens étudient dans les collisions relativistes d'ions lourds est appelée le plasma quark-gluon (QGP). Cette forme de matière existait dans l'univers primitif. Les physiciens explorent ses propriétés dans des expériences de collision d'ions lourds en recréant les températures extrêmement élevées observées pour la dernière fois quelques microsecondes après le Big Bang. En analysant les données expérimentales des collisions et en les comparant aux calculs théoriques, les physiciens peuvent déterminer diverses propriétés du QGP. Une méthode de calcul appelée jauge axiale semblait auparavant impliquer que deux propriétés du QGP décrivant la façon dont les quarks lourds se déplacent à travers le QGP étaient les mêmes.
Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology et de l'Université de Washington ont maintenant trouvé cette implication incorrecte. Leur étude a également soigneusement analysé les conditions subtiles d'utilisation de la jauge axiale et expliqué pourquoi les deux propriétés sont différentes. Enfin, elle a montré que deux méthodes distinctes pour mesurer la façon dont les gluons, qui sont des particules porteuses de la force forte, sont distribués à l'intérieur des noyaux doivent donner des résultats différents. Cette prédiction sera testée au futur collisionneur électron-ion.
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COMMENTAIRES
UNIOUEMENT pour lecteurs non scintifiques
1/Qu'est-ce que la théorie des quarks et des gluon.
Les quarks et les gluons sont les éléments constitutifs des protons et des neutrons, qui à leur tour sont les éléments constitutifs des noyaux atomiques. La compréhension actuelle est (le Modèle Standard des particules )que les quarks et les gluons sont indivisibles eux memes : ils ne peuvent pas être décomposés en composants plus petits.
2/Comment les gluons maintiennent-ils les quarks ensemble ?
Tous les quarks et gluons en thérie QCD interagissent les uns avec les autres par la force forte. La force de l'interaction est paramétrée par la constante de couplage fort. Cette force est modifiée par la charge de couleur de jauge de la particule, une propriété théorique de groupe. La force forte agit entre les quarks
3/Les gluons sont-ils les euls vecteurs dela force nucléaire forte ?
La force nucléaire forte maintient aussi ensemble les protons et les neutrons dans le noyau d'un atome. Il s'agit en fait d'un effet secondaire de sa fonction de liaison des quarks ...
4/Qu'y a-t-il à l'intérieur d'un gluon ?
Un gluon (/ˈɡluːɒn/ GLOO-on) est une particule élémentaire qui agit comme particule d'échange (ou boson de jauge) pour la force forte entre les quarks. C'est analogue à l'échange de photons dans la force électromagnétique entre deux particules chargées.
5/ Qui a t il à l intérieur d un gluon ?
Un gluon est la force d 'échange agissant entre deux quarks .Une représentation individuelle spatiale plus précise n est pas possible dans l 'état actuel de la Physique
6/Pourquoi seuls sont stables des noyaux formés de 3 qurks ?
Rappelons l insuffisance du Modèle Standard des particules .Il existe des assemblages instable de 2 entités quark antiquark , de 4 quarks et meme semble t il de 5 ..... Lorsque la température s accroit les molécules se séparent en aomes puis perdent leurs electrons puis se cassent en plasmas de quarks+gluons ...L e niveau de température et d 'énergie pour casser ces derviers uniquement en énergie pure est calclée par diverses théories .... si l on est capablz de présicer la forme de celle ci !!!
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More information: Bruno Scheihing-Hitschfeld et al, Gauge Invariance of Non-Abelian Field Strength Correlators: The Axial Gauge Puzzle, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.052302
Journal information: Physical Review Letters
Provided by US Department of Energy
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