Les scientifiques nucléaires ont confirmé que la description actuelle de la structure du proton n'est pas parfaite. Il y a eu une légère augmentation des données dans les sondes de la structure du proton, selon une nouvelle mesure de précision de la polarisabilité électrique du proton au Thomas Jefferson National Accelerator Facility du Département américain de l'énergie.
Mesure précise de la façon dont la structure d'un proton se déforme dans un champ électrique a révélé de nouveaux détails sur un pic inexpliqué dans les données sur les protons. Les tailles de la polarisabilité électrique du proton révèlent à quel point le proton est à la déformation, ou à l'étirement, dans un champ électrique. Elle a également confirmé la présence de l'anomalie et soulevé des questions sur son origine.
De plus, une évaluation précise de la polarisabilité électrique du proton peut aider à combler le fossé entre les différentes explications du proton. Un proton peut ressembler à une seule particule opaque ou à une particule composite composée de trois quarks maintenu ensemble par une force forte, selon la façon dont il est sondé.
Ruonan Li, le premier auteur du nouvel article et étudiant diplômé à l'Université Temple, a déclaré : « Nous voulons comprendre la sous-structure du proton. Et nous pouvons l'imaginer comme un modèle avec 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 la facilité avec laquelle le champ électrique déformera le proton.
Les scientifiques nucléaires ont utilisé une technique connue sous le nom de diffusion Compton virtuelle pour examiner cette distorsion. Cela commence par un faisceau méticuleusement régulé d'électrons puissants provenant de l'installation d'accélérateur de faisceaux d'électrons continus du Jefferson Lab. Les électrons sont envoyés s'écraser sur des protons.
Dans la diffusion Compton virtuelle, les électrons interagissent avec d'autres particules en émettant un photon énergétique ou une particule de lumière. L'énergie de l'électron détermine l'énergie du photon qu'il émet, qui détermine également la façon dont le photon interagit avec d'autres particules.
Alors que des photons plus énergétiques tireront à l'intérieur du proton pour s'engager avec l'un de ses Lait caillé, les photons de plus faible énergie peuvent rebondir sur la surface du proton. Selon la théorie, une courbe lisse apparaîtra lorsque ces interactions photon-quark sont tracées des énergies inférieures aux énergies supérieures.
Nikos Sparveris, professeur agrégé de physique à l'Université Temple et porte-parole de l'expérience, a déclaré que cette simple image ne résistait pas à l'examen. Les mesures ont plutôt révélé une bosse encore inexpliquée.
"Nous voyons qu'il y a une certaine amélioration locale de l'ampleur de la polarisabilité. La polarisabilité diminue à mesure que l'énergie augmente, comme prévu. Et, à un moment donné, il semble remonter temporairement avant de redescendre. Sur la base de notre compréhension théorique actuelle, il devrait suivre un comportement très simple. Nous voyons quelque chose qui s'écarte de ce comportement simple. Et c'est le fait qui nous laisse perplexe en ce moment.
« La théorie prédit que les électrons les plus énergétiques sondent plus directement la force forte lorsqu'elle lie les quarks ensemble pour former le proton. Cet étrange pic de rigidité que les physiciens nucléaires ont maintenant confirmé dans les quarks du proton signale qu'une facette inconnue de la force forte pourrait être à l'œuvre.
« Il y a quelque chose qui nous manque à ce stade. Le proton est le seul bloc de construction composite stable dans la nature. Donc, s'il nous manque quelque chose de fondamental là-bas, cela a des implications ou des conséquences pour toute la physique.
Les physiciens ont dit, "La prochaine étape consiste à démêler davantage les détails de cette anomalie et à effectuer des sondes de précision pour vérifier d'autres points de déviation et fournir plus d'informations sur la source de l'anomalie."
Sparveris a affirmé Valérie Plante., « Nous devons également mesurer précisément la forme de cette amélioration. La forme est importante pour élucider davantage la théorie.
Journal de référence:
- Li, R., Sparveris, N., Atac, H. et al. La structure électromagnétique du proton mesurée s'écarte des prédictions théoriques. Nature (2022). EST CE QUE JE: 10.1038/s41586-022-05248-1
