Des scientifiques de la collaboration COMPASS du CERN ont effectué la mesure la plus précise jamais réalisée de la polarisabilité du pion – le paramètre fondamental à basse énergie de l’interaction forte.
Un électron (vert) frappe un proton dans un noyau, créant un pion (particule à peau verte) et transformant le proton en neutron. Crédit image : Joanna Griffin / Jefferson Lab.
Tout ce que nous voyons dans l’Univers est composé de particules fondamentales appelées quarks et leptons.
Les quarks sont liés entre eux par groupes de trois pour constituer les blocs de construction des noyaux des éléments – protons et neutrons.
Les pions, qui volent entre les protons et les neutrons d’un noyau, sont les médiateurs de la force forte qui lie les noyaux entre eux. Ces particules sont constituées d’un quark et d’un antiquark, eux-mêmes étroitement liés par la force forte.
Cela fait de leur déformabilité, ou polarisabilité, une mesure directe de la force de liaison forte entre les quarks.
La polarisabilité des pions a déconcerté les physiciens des particules depuis les années 1980, lorsque les premières mesures sont apparues en contradiction avec la théorie.
Le nouveau résultat, publié dans le journal Physical Review Letters, est en accord étroit avec la théorie.
Pour mesurer la polarisabilité des pions, les scientifiques de COMPASS – une expérience de physique des hautes énergies au Super Synchrotron à protons du CERN à Genève, en Suisse – ont tiré un faisceau de pions sur une cible de nickel.
Alors que les pions s’approchaient du nickel à une distance moyenne de deux fois le rayon des particules elles-mêmes, ils ont été soumis au très fort champ électrique du noyau de nickel, ce qui les a fait se déformer et changer de trajectoire, émettant ainsi un photon.
En mesurant l’énergie du photon et la déviation du pion pour un large échantillon de 63 000 événements, l’équipe COMPASS a déterminé que la polarisabilité électrique du pion était απ = (2.0±0.6stat±0.7syst)*10-4 fm3.
“Ce résultat complète admirablement les études des interactions fondamentales réalisées au Grand collisionneur de hadrons et témoigne de la diversité et de la force du programme de recherche du CERN”, a déclaré Rolf Heuer, directeur général du CERN.
