Les physiciens ne peuvent toujours pas expliquer l’anomalie dans l’expérience sur les protons •

Des physiciens américains ont confirmé une mesure étrange qui a été découverte pour la première fois par des scientifiques sondant la structure interne des protons il y a deux décennies.

Cette dernière expérience – menée au Thomas Jefferson National Accelerator Facility par une équipe d’universitaires principalement de l’Université Temple de Philadelphie – montre que le modèle standard de composition des protons n’est pas tout à fait correct et indique que les scientifiques ne comprennent toujours pas aussi bien les protons. comme supposé.

Aujourd’hui, il est entendu que les protons et autres particules subatomiques sont, d’une manière générale, composés de quarks, des particules encore plus petites qui portent des charges fractionnaires. Le modèle standard simplifié soutient que les protons contiennent deux quarks chargés positivement et un quark chargé négativement. Cela semble simple, non ?

Mais de manière plus réaliste, le proton est un désordre confus d’innombrables quarks et antiquarks interagissant les uns avec les autres en échangeant des gluons – un type distinct de particule représentant la force forte qui maintient les quarks ensemble pour former un proton.

Cependant, ce n’est pas tout à fait le tableau non plus. Il se passe quelque chose d’étrange à l’intérieur de la particule subatomique et il nous reste quelques décennies à comprendre ce que c’est.

Au laboratoire Jefferson, l’équipe a bombardé de l’hydrogène liquide avec des électrons pour étudier la nature interne du proton dans chaque atome d’hydrogène, en utilisant la diffusion Compton virtuelle. Les électrons interagissent avec les protons de l’hydrogène, provoquant finalement l’émission d’un photon par les quarks du proton. Les détecteurs mesurent comment les électrons et les photons se dispersent, pour déterminer la position et l’impulsion des quarks. L’information donne aux chercheurs une idée de la structure interne du proton et un moyen de mesurer la polarisabilité électrique du proton.

“Nous voulons comprendre la sous-structure du proton”, a déclaré Ruonan Li, premier auteur de l’étude publiée dans Nature et étudiant diplômé à l’Université Temple, dans un communiqué.

“Et nous pouvons l’imaginer comme un modèle avec les trois quarks équilibrés au milieu. Maintenant, mettez le proton dans le champ électrique. Les quarks ont des charges positives ou négatives. Ils se déplaceront dans des directions opposées. Ainsi, la polarisabilité électrique reflète comment facilement le proton sera déformé par le champ électrique.”

La distorsion montre combien un proton peut s’étirer sous un champ électrique. Selon les théories conventionnelles, les protons devraient devenir plus rigides car ils sont déformés par des champs électriques à des énergies plus élevées. Un graphique traçant la polarisabilité électrique par rapport à la force d’un champ électrique devrait être lisse – mais les chercheurs ont observé une bosse caractéristique.

Cette bosse est l’étrange mesure que l’équipe Temple a confirmée.

“Ce que nous voyons réellement, c’est que la polarisabilité électrique diminue de manière monotone au début, mais à un moment donné, il y a une amélioration locale de cette propriété avant qu’elle ne redescende”, Nikos Sparveris, co-auteur de l’article et professeur agrégé de physique à l’Université Temple, a dit Le registre.

On ne sait pas à ce stade quelle pourrait être la cause de cet effet

“Il n’est pas clair à ce stade ce qui pourrait être la cause de cet effet.”

L’équipe estime que la bosse montre qu’un mécanisme inconnu peut affecter la force forte d’une manière ou d’une autre.

“Le premier indice d’une telle anomalie a été signalé il y a 20 ans (c’était une expérience au microtron MAMI en Allemagne), mais les résultats sont venus avec une incertitude assez grande et n’ont pas été confirmés de manière indépendante entre-temps. Dans ce travail, nous avons pu mesurer plus précisément. Dans notre nouvelle expérience, nous trouvons en effet des preuves d’une structure dans la polarisabilité électrique, mais nous observons la moitié de la magnitude par rapport à ce qui avait été initialement rapporté », a-t-il ajouté.

La polarisabilité électrique donne aux scientifiques un moyen de sonder la structure interne d’un proton et la force qui le lie. “Les mesures rapportées suggèrent la présence d’un nouveau mécanisme dynamique non encore compris dans le proton et présentent des défis notables à la théorie nucléaire”, selon l’article de l’équipe. [Arxiv preprint].

Le groupe prévoit d’effectuer d’autres expériences de suivi pour étudier plus en détail la bosse anormale. “Nous devons identifier la forme d’une telle structure aussi précisément que possible (c’est un apport important pour la théorie, en essayant d’expliquer la cause de l’effet) et nous devons éliminer toute possibilité que cet effet puisse être un artefact expérimental. “, a conclu Sparveris. ®