Le proton est l'une des particules subatomiques qui composent le noyau d'un atome. Aussi petits que soient les protons, ils sont constitués de particules subatomiques encore plus petites appelées quarks, qui se déclinent en plusieurs saveurs ou types : haut, bas, charme, bizarre, vrai et charmant.
Un proton est généralement considéré comme composé de deux quarks up et d'un quark down. Mais une nouvelle étude montre que les choses peuvent être beaucoup plus compliquées.
Les protons peuvent également contenir un quark charmé, une particule élémentaire dont la masse dépasse la masse du proton lui-même. Plus étrange encore, lorsque le proton contient un quark charmé, la particule lourde porte toujours environ la moitié de la masse du proton.
Toute la découverte se résume au monde probabiliste de la physique quantique. Bien qu'un quark charmé soit lourd, la probabilité qu'il se produise dans un proton est assez faible, de sorte qu'une grande masse et une faible probabilité s'annulent fondamentalement.
En d'autres termes, la masse totale du quark charmé n'est pas absorbée par le proton, même si le quark charmé est présent.
Bien que les protons soient au cœur de la structure des atomes qui composent toute la matière, ils sont également très complexes.
Les physiciens ne connaissent pas vraiment la structure fondamentale des protons. La physique quantique pense qu'en plus des quarks up et down connus, d'autres quarks peuvent se transformer de temps en temps en protons, explique Stefano Forte, physicien à l'Université de Milan et auteur d'un nouvel article publié dans la revue Nature.
Il existe six types de quarks. Trois d'entre eux sont plus lourds que les protons et trois sont plus légers. Le quark charmé étant le plus léger du groupe des lourds, les chercheurs ont voulu commencer par lui pour voir si le proton pouvait contenir un quark plus lourd que lui. Ils y sont parvenus en appliquant une nouvelle approche à 35 ans de données sur les collisions de particules.
Pour en savoir plus sur la structure des particules subatomiques et élémentaires, les chercheurs s'entrechoquent à des vitesses incroyables dans des accélérateurs de particules tels que le Large Hadron Collider, le plus grand accélérateur du monde situé près de Genève.
Les scientifiques de la collaboration NNPDF collectent ces données sur la destruction des particules depuis les années 1980. En examinant les traces des collisions, les physiciens peuvent reconstituer l'état initial des particules.
Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont fourni toutes ces données de collision à un algorithme d'apprentissage automatique conçu pour rechercher des modèles sans aucune idée préconçue de ce à quoi les structures pourraient ressembler.
L'algorithme a renvoyé les structures possibles et la probabilité qu'elles puissent réellement exister.
L'étude a révélé une chance faible mais non négligeable de trouver un quark charmé, selon les scientifiques. Le niveau de preuve n'était pas assez élevé pour que les chercheurs annoncent la découverte indéniable d'un quark charmé dans les protons, disent-ils, mais les résultats sont la première preuve tangible qu'il pourrait exister là-bas.
Selon Stefano Forte, la structure du proton est importante car pour découvrir de nouvelles particules élémentaires, les physiciens devront trouver des différences subtiles entre ce que les théories suggèrent et ce qui est réellement observé. Cela nécessite des mesures extrêmement précises des structures subatomiques.
Pour l'instant, les physiciens ont encore besoin de plus de données sur le charme insaisissable à l'intérieur du proton. De futures expériences pourraient les y aider.
L'étude a été publiée dans la revue Nature.
2022-08-22 16:02:41
Auteur: Vitalii Babkin