Le neutron est un système lié de trois quarks de valence et d’une mer neutre composée de gluons et de paires quark-antiquark. Bien que le proton ait été découvert en 1919 et le neutron en 1932, leur structure n’est pas encore totalement comprise. Les physiciens utilisent des facteurs de forme électromagnétiques pour décrire la structure interne dynamique du neutron et du proton. Ces facteurs de forme représentent une distribution moyenne de la charge électrique et de la magnétisation. Dans une nouvelle recherche, les physiciens de la collaboration BESIII ont mesuré les réactions d’annihilation électron-positron dans une paire de neutrons et d’antineutrons afin de déterminer le facteur de forme effectif du neutron.
Une impression d’artiste du neutron et de sa structure interne. Crédit photo : Xiaorong Zhu / Université pour la science et la technologie, Chine.
“Un facteur de forme unique, mesuré à un certain niveau d’énergie, ne dit pas grand-chose au départ”, a déclaré le professeur Frank Maas, chercheur au pôle d’excellence PRISMA+, à l’Institut Helmholtz de Mayence et au GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung de Darmstadt.
“Des mesures des facteurs de forme à diverses énergies sont nécessaires pour tirer des conclusions sur la structure du neutron.”
“Dans certains domaines d’énergie, qui sont accessibles à l’aide d’expériences standard de diffusion électron-proton, les facteurs de forme peuvent être déterminés de manière assez précise.”
“Cependant, jusqu’à présent, cela n’a pas été le cas pour d’autres plages pour lesquelles des techniques dites d’annihilation sont nécessaires, qui impliquent que la matière et l’antimatière se détruisent mutuellement.”
En utilisant le spectromètre de Pékin III (BESIII) au collisionneur électron-positron de Pékin II (BEPCII), le professeur Maas et ses collègues ont étudié les paires de neutrons et d’antineutrons produites dans les annihilations électron-positron à des énergies de centre de masse comprises entre 2 et 3,08 GeV (gigaelectronvolts).
Leurs résultats améliorent les statistiques sur le facteur de forme des neutrons de plus d’un facteur 60 par rapport aux mesures précédentes.
Ils démontrent également que les données du facteur de forme des neutrons provenant de l’annihilation dans le régime temporel sont comparables à celles des expériences de diffusion d’électrons.
Avec ces nouvelles données, nous avons, pour ainsi dire, rempli un espace vide sur la “carte” du facteur de forme des neutrons, qui était jusqu’à présent un territoire inconnu”, a déclaré le professeur Maas.
“Ces données sont maintenant aussi précises que celles obtenues dans les expériences de diffusion correspondantes”.
“En conséquence, notre connaissance des facteurs de forme du neutron va changer de façon spectaculaire et, de ce fait, nous obtiendrons une image beaucoup plus complète de cet important élément constitutif de la nature.”
Les résultats de l’équipe ont été publiés dans la revue Nature Physics.
