SCIENCES ENERGIES ENVIRONNEMENT

 

New approach merges theoretical fundamentals with experimental studies of the proton's structure

by US Department of Energy

traduction ET COMMENTAIRES PAR RICHARD  O. HARTMANSHENN

Une nouvelle approche fu

onne les fondamentaux théoriques avec les études expérimentales de la structure du proton

par le ministère américain de l'Énergie

Représentation artistique de l'intérieur d'un proton. En chromodynamique quantique, les quarks constitutifs se présentent sous trois « couleurs », accompagnées de « saveurs » haut et bas. Sont également présentées les paires quark-antiquark virtuelles et les gluons qui lient les quarks entre eux. Crédits : Ted Rogers

Les protons et autres particules subatomiques soumis à la force nucléaire forte ont une structure complexe qui implique des constituants encore plus fondamentaux appelés quarks et gluons. Ces quarks et gluons se lient sous l’influence de la chromodynamique quantique (QCD). QCD est la théorie de l'interaction forte des quarks et du rôle de la symétrie des couleurs.

Cependant, les mécanismes qui conduisent les quarks et les gluons à se combiner pour former les particules que nous observons dans la nature sont très mystérieux et mal compris. Par exemple, des quarks et des gluons virtuels apparaissent et disparaissent constamment dans notre image actuelle de la dynamique du proton. Il est donc difficile de répondre à la question de savoir quels quarks et quels gluons se trouvent réellement « dans » un proton.

Une grande partie du travail expérimental lié à l'extraction de la structure des quarks et des gluons des protons se déroule dans des accélérateurs de particules existants tels que le Thomas Jefferson National Accelerator Facility et le Relativistic Heavy Ion Collider, et à l'avenir au Electron Ion Collider.

Une grande partie de la recherche QCD est motivée par l’objectif de résoudre les questions fondamentales ouvertes au cœur du fonctionnement de la QCD et de la manière dont les théories de la mécanique quantique peuvent être fusionnées avec la théorie de la relativité.

Les progrès récents en QCD théorique ont ouvert la voie à la connexion des questions sur la structure de particules comme le proton avec des mesures de collision de particules à haute énergie.

Alors que les théoriciens génèrent de nouvelles idées sur la QCD, d’autres chercheurs planifient des expériences pour tester ces idées. Ces tests impliquent la collision de particules telles que des électrons et des protons à des énergies élevées, puis l’examen des résultats.

En extrapolant vers le passé, les physiciens utiliseront les restes des collisions pour déduire des informations sur la structure des particules d’origine.

Cependant, les mêmes difficultés théoriques qui ont motivé ces études ont laissé une question clé sans réponse. Autrement dit, comment les scientifiques relient-ils la physique des collisions spécifiques à la physique de la structure interne des particules elles-mêmes ?

Désormais, les travaux publiés dans la revue Physical Review D fournissent la boîte à outils nécessaire pour résoudre cette question tout en tenant compte des subtilités théoriques.

Une grande partie des recherches actuelles sur la structure du proton, à la fois théoriques et expérimentales, consiste à identifier, extraire et analyser les distributions d'états liés des quarks et des gluons dans le proton, à cartographier leur mouvement et à comprendre comment cela se rapporte à l'ensemble. propriétés observées du proton comme son spin et sa masse.

Par le passé, les chercheurs ont découvert des incohérences dans la manière dont les physiciens combinent la théorie fondamentale de la QCD avec l’étude des données. Les nouveaux résultats théoriques fournissent une recette claire et renforcent la confiance dans le fait que les données recueillies lors d’expériences futures peuvent être interprétées de manière fiable.

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COMMENTAIRES

D abord pour les débutants un mini rappel :

ls protons et autres particules subatomiques soumis à la force nucléaire forte ont une structure complexe qui implique des constituants encore plus fondamentaux appelés quarks et gluons. Ces quarks et gluons se lient sous l’influence de la chromodynamique quantique (QCD). QCD est la théorie de l'interaction forte des quarks et du rôle de la symétrie des couleurs.

E nsuite  pour ceux  qui comme saint Thomas  ne croient que ce qu ils voient  quelques questions franches :

1/Est-il prouvé que les quarks existent ?

L'e concept  été proposée en 1964 et des preuves de leur existence ont été observées lors d'expériences menées en 1968 au Centre d'accélération linéaire de Stanford (SLAC) . Le quark le plus lourd es le dernier quark découvert et

observé pour la première fois au Fermilab en 1995.

2/Pourquoi ne pouvons-nous pas voir les quarks individuellement  ???

Lorsqu 'un paquet d energie forte loczale 

 devient suffisamment importante, il semble  qu il puisse  sainement créer une paire quark-antiquark, qui se lie alors aux quarks d'origine . Ce processus empêche efficacement l'isolement d'un seul quark. C'est pourquoi on bserve amais de quarks librement dans la nature. On les trouve toujours au sein d'autres particules.

3/Peut-on alors observer directement  des 

qrks ensembles  ??

 Oui car Ils apparaissent comme constituants d'états stabmes emble  comme  le proton le neutron le pion  etc

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More information: F. Aslan et al, Phenomenology of TMD parton distributions in Drell-Yan and Z0 boson production in a hadron structure oriented approach, Physical Review D (2024). DOI: 10.1103/PhysRevD.110.074016

Journal information: Physical Review D 

Provided by US Department of Energy