First coherent picture of an atomic nucleus made of quarks and gluons
Première image cohérente d'un noyau atomique composé de quarks et de gluons
par l'Académie polonaise des sciences
Pour la première fois, des quarks et des gluons ont été utilisés pour décrire les propriétés des noyaux atomiques, qui jusqu'à présent étaient expliquées par l'existence de protons et de neutrons. La paire temporaire de nucléons corrélés est surlignée en violet. Crédit : IFJ PAN
Le noyau atomique est composé de protons et de neutrons, des particules qui existent grâce à l'interaction de quarks liés par des gluons. Il semblerait donc qu'il ne devrait pas être difficile de reproduire toutes les propriétés des noyaux atomiques observées jusqu'à présent dans les expériences nucléaires en utilisant uniquement des quarks et des gluons. Cependant, ce n'est qu'aujourd'hui qu'une équipe internationale de physiciens a réussi à le faire.
Cela fait presque un siècle que les principaux composants des noyaux atomiques ont été découverts : les protons et les neutrons. Au départ, les nouvelles particules étaient considérées comme indivisibles. Dans les années 1960, on a cependant suggéré que, à des énergies suffisamment élevées, les protons et les neutrons révéleraient leur structure interne, c'est-à-dire la présence de quarks constamment maintenus ensemble par des gluons.
Peu de temps après, l'existence des quarks a été confirmée expérimentalement. Il peut donc paraître surprenant que, malgré le passage de plusieurs décennies, personne n'ait pu reproduire avec des modèles quark-gluon les résultats d'expériences nucléaires à basse énergie, lorsque seuls les protons et les neutrons sont visibles dans les noyaux atomiques.
Rejoignez notre nouveau canal WhatsApp ! Restez au courant des dernières nouvelles scientifiques de Science X.
Cette impasse de longue date vient d'être brisée grâce à un article publié dans Physical Review Letters. Ses principaux auteurs sont des scientifiques de la collaboration internationale nCTEQ sur les distributions quark-gluon.
« Jusqu'à présent, il existait deux descriptions parallèles des noyaux atomiques, l'une basée sur les protons et les neutrons que nous pouvons voir à basse énergie, et l'autre, pour les hautes énergies, basée sur les quarks et les gluons. Dans notre travail, nous avons réussi à rapprocher ces deux mondes jusqu'ici séparés », explique le Dr Aleksander Kusina, l'un des trois théoriciens de la physique nucléaire de l'Académie polonaise des sciences (IFJ PAN) participant à la recherche.
Les humains voient leur environnement parce qu'ils utilisent des détecteurs innés (les yeux) pour enregistrer les photons dispersés qui ont déjà interagi avec les atomes et les molécules qui composent les objets de notre environnement. Les physiciens acquièrent une connaissance des noyaux atomiques de la même manière : ils les font entrer en collision avec des particules plus petites et analysent méticuleusement les résultats des collisions.
Pour des raisons pratiques, cependant, ils n'utilisent pas de photons électriquement neutres, mais des particules élémentaires portant une charge, généralement des électrons. Les expériences montrent ensuite que lorsque les électrons ont des énergies relativement faibles, les noyaux atomiques se comportent comme s'ils étaient constitués de nucléons (c'est-à-dire de protons et de neutrons), alors qu'à haute énergie, les partons (c'est-à-dire de quarks et de gluons) sont « visibles » à l'intérieur des noyaux atomiques.
Les résultats de la collision de noyaux atomiques avec des électrons ont été reproduits assez bien en utilisant des modèles supposant l'existence de nucléons seuls pour décrire les collisions à basse énergie, et de partons seuls pour les collisions à haute énergie. Cependant, jusqu'à présent, ces deux descriptions n'ont pas pu être combinées en une image cohérente.
Dans leurs travaux, les physiciens de l'IFJ PAN ont utilisé des données sur les collisions à haute énergie, notamment celles collectées à l'accélérateur LHC du laboratoire du CERN à Genève. L'objectif principal était d'étudier la structure partonique des noyaux atomiques à haute énergie, actuellement décrite par les fonctions de distribution des partons (PDF).
es résultats ont confirmé l'observation connue des expériences à basse énergie selon laquelle la plupart des paires corrélées sont des paires proton-neutron (ce résultat est particulièrement intéressant pour les noyaux lourds, par exemple l'or ou le plomb). Un autre avantage de l'approche proposée dans cet article est qu'elle fournit une meilleure description des données expérimentales que les méthodes traditionnelles utilisées pour déterminer les distributions de partons dans les noyaux atomiques.
« Dans notre modèle, nous avons apporté des améliorations pour simuler le phénomène d'appariement de certains nucléons. En effet, nous avons reconnu que cet effet pouvait également être pertinent au niveau des partons. Il est intéressant de noter que cela a permis une simplification conceptuelle de la description théorique, ce qui devrait nous permettre à l'avenir d'étudier plus précisément les distributions de partons pour les noyaux atomiques individuels », explique le Dr Kusina.
La concordance entre les prédictions théoriques et les données expérimentales signifie qu'en utilisant le modèle des partons et les données de la région de haute énergie, il a été possible pour la première fois de reproduire le comportement des noyaux atomiques jusqu'ici expliqué uniquement par la description nucléonique et les données des collisions à basse énergie. Les résultats des études décrites ouvrent de nouvelles perspectives pour une meilleure compréhension de la structure du noyau atomique, unifiant ses aspects de haute et basse énergie.
XXXXXXXXXXXX
COMMENTAIIRES
IL s agit dans cet article de donner
une image statique
et non d une photo de noyau ! C est la représentation des calculs de leur modèle théorique ..Rien de plus !
xxxxx
Pour mes élèves je rappelle que les principaus résultats confirmés de la mécanique quantique ,QCM,théorie des champs ,théorème d Heisenberg etc ne nous permettent qu une idée statistique des conformations des assemblages de particules ..Il faut doncv rester modes
XXXXXXXXXXXXXX
More information: A. W. Denniston et al, Modification of Quark-Gluon Distributions in Nuclei by Correlated Nucleon Pairs, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.152502
Journal information: Physical Review Letters
Provided by Polish Academy of Sciences
Explore further
Ab initio methods help scientists make sense of complex particle collisions
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire