Les physiciens nucléaires espéraient observer la transparence de la couleur des protons (rouge) en repérant des protons de petite taille avec une sonde électronique (vert). Ces protons de petite taille pourraient plus facilement sortir du noyau de l’atome, montré ici, démontrant la transparence des couleurs. Crédit: Image reproduite avec l’aimable autorisation du Jefferson Lab du DOE
La science
Les protons peuplent le noyau de chaque atome dans l’univers. À l’intérieur du noyau, ils s’accrochent étroitement aux protons et neutrons voisins. Cependant, il peut être possible d’éliminer les protons qui sont dans une configuration de plus petite taille, de sorte qu’ils interagissent moins avec les particules voisines lorsqu’elles sortent du noyau. Ce phénomène est appelé transparence des couleurs. Les physiciens nucléaires à la recherche de signes de transparence de couleur dans les protons sont récemment arrivés les mains vides.
L’impact
La théorie qui décrit le comportement des particules constituées de quarks est appelée chromodynamique quantique (QCD). QCD comprend de nombreuses particules subatomiques communes, telles que les protons et les neutrons. Il prédit également le phénomène de transparence des couleurs. Les physiciens ont observé la transparence des couleurs dans des particules plus simples à deux quarks appelées pions. Si les physiciens pouvaient observer ou exclure la transparence des couleurs pour les protons, un système à trois quarks plus compliqué, ils obtiendraient des indices importants concernant les différences entre les systèmes à deux et trois quarks dans la CDQ.
Sommaire
Les protons sont constitués de trois quarks liés par la force forte qui fait partie du modèle standard de physique des particules. Dans un proton ordinaire, la force puissante s’échappe, faisant interagir le proton avec des protons et des neutrons voisins dans le noyau. C’est selon QCD, la théorie qui décrit comment les quarks et la force forte interagissent. En QCD, la force forte est également appelée force de couleur. QCD prédit que le proton peut fluctuer jusqu’à un état où ses quarks constitutifs deviennent encore plus étroitement liés et enveloppés si étroitement que la force de couleur ne s’échappe plus. Lorsque cela se produit, le proton peut se déplacer plus librement. Ce phénomène est appelé « transparence de couleur », car le proton est devenu invisible à la force de couleur des particules voisines.
Une expérience antérieure a montré la transparence des couleurs dans des particules plus simples constituées de seulement deux quarks appelés pions, et une autre expérience a suggéré que les protons présentent également une transparence des couleurs. Cette nouvelle expérience a été menée avec l’installation d’accélérateur de faisceau d’électrons continu (CEBAF), une installation d’utilisateurs de l’Office of Science. Les électrons à haute énergie du CEBAF se sont écrasés dans les noyaux des atomes de carbone, et les physiciens ont mesuré les électrons sortants et plusieurs milliers de protons. Les chercheurs n’ont observé aucun signe de transparence des couleurs. La prochaine étape consiste à mener des expériences de plus haute précision pour à la fois mieux observer le phénomène dans les particules à deux quarks et continuer à le rechercher dans les particules à trois quarks. Ces mesures supplémentaires pourraient aider les physiciens à mieux élucider les différences entre les systèmes à deux et trois quarks dans la CDQ.
