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Les protons contiennent 10 fois plus de pression qu’une étoile à neutrons, selon la toute première mesure

Dans ce qui était autrefois considéré comme une tâche impossible, les physiciens ont pour la première fois mis la pression sur un proton – et c’est plus impressionnant que nous ne l’aurions imaginé.
En tirant des protons avec des électrons de haute énergie, les chercheurs ont mesuré la poussée et la traction du trio de quarks du proton, fournissant des informations précieuses sur l’un des blocs de construction les plus stables de l’Univers. La physicienne Latifa Elouadrhiri de la Thomas Jefferson National Accelerator Facility compare notre compréhension antérieure de la structure du proton à celle d’un cœur humain. L’écoute de son rythme ne peut que vous en dire autant sur son fonctionnement. “Nous disposons de la technologie d’imagerie médicale 3D qui permet désormais aux médecins d’apprendre de manière non invasive la structure du cœur” Elouadrhiri a dit La nature journaliste Lizzie Gibney . “Et c’est ce que nous voulons faire avec la nouvelle génération d’expériences.” Nous avons compris depuis quelque temps que les protons sont constitués de trois quarks – deux d’une variété «up», l’une décrite comme «down» – liés ensemble par ce qu’on appelle la force nucléaire forte. Au-delà de cela, la structure interne du proton a longtemps été un mystère. Ses quarks tiennent fermement ensemble, mais il doit aussi y avoir une sorte de répulsion les empêchant de s’effondrer en un point. Pour mesurer le degré de cohésion de ces pièces, les chercheurs ont combiné deux cadres théoriques différents, dont l’un était considéré comme pratiquement impossible à mettre en œuvre directement. L’énergie et la quantité de mouvement des parties internes d’un proton sont codées dans ce qu’on appelle des facteurs de forme gravitationnels. La gravité est une force si faiblement faible qu’on ne pense guère à la physique des particules, pas quand il y a des forces beaucoup plus fortes au travail. Mais au plus profond du proton, un champ gravitationnel peut être affecté par l’énergie et la quantité de mouvement d’une particule. Cela a malheureusement été l’une de ces «bonnes idées en théorie». Un document de 1966 par un physicien américain Heinz Pagels décrit le processus tout en excluant son application pratique grâce à l’extrême faiblesse de la gravité. Ce que Pagels ne prévoyait pas était le développement d’un cadre théorique qui reliait les comportements de la force électromagnétique aux facteurs de forme gravitationnels. En d’autres termes, il a été découvert plus tard que les électrons pourraient se substituer à une sonde gravitationnelle. “C’est la beauté de tout ça, tu as cette carte que tu n’auras jamais.” dit Elouadrhiri . “Mais nous sommes là, remplissant avec cette sonde électromagnétique.” La clé était d’utiliser Diffusion Compton , qui décrit l’interaction entre les photons de la lumière et une particule chargée, comme un électron. Dans ce cas, ils accélèrent l’accélération d’un électron pour réduire suffisamment sa longueur d’onde pour pénétrer un proton. Ils ont ensuite surveillé la dispersion des photons qui ont été produits, en combinant leurs détails avec les informations sur le proton et l’électron accéléré pour déterminer comment les quarks ont réagi à la frappe. Cette diffusion fournit une carte de l’énergie et de l’impulsion pour décrire une pression extrême au centre du proton qui l’empêche de s’effondrer. Répondre à cette poussée était une pression égale en gardant les quarks ensemble. Il s’avère que ce quark câlin équivaut à 100 décillions de Pascal. C’est un suivi de 35 zéros. Imaginez un étoile à neutrons , où la matière est suffisamment serrée pour serrer une montagne dans un monticule assez petit pour tenir dans une cuillère à café. L’équipe dit que cette pression de quarks est dix fois plus grande, faisant du noyau d’un proton un espace extrêmement intense. La prochaine étape pour l’équipe est de continuer à utiliser ce processus pour mieux comprendre la mécanique interne du proton, calculer ses forces et finalement construire une image de la façon dont ses quarks se déplacent. En savoir plus sur les intestins d’un proton pourrait nous en dire plus sur la détérioration des protons. En ce moment, ils semblent assez stable pour survivre à l’Univers (et puis certains), mais déterminer comment et quand ils s’effondreraient fournir des indices précieux sur certaines des caractéristiques fondamentales du cosmos. Cette recherche a été publiée dans La nature .

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