Les nucléons, qui comprennent des protons et des neutrons, sont les particules composites qui composent les noyaux atomiques. Bien que ces particules aient été largement étudiées dans le passé, leur structure interne n'a pas encore été complètement élucidée.
Ces particules sont connues en trois plus petits blocs de construction connus sous le nom de quarks, maintenus ensemble par de forts porteurs de force nucléaire appelés gluons. Alors qu'un proton est composé de deux quarks « up » et un quark « vers le bas », un neutron est fait d'un quark « up » et de deux quarks « en bas ».
À l'intérieur des nucléons, cependant, on peut également trouver de nombreuses paires de quark-anquark qui apparaissent et disparaissent en continu. La distribution de l'élan et du rotation dans tous les différents éléments constitutifs des nucléons n'a pas encore été découverte.
Au cours des dernières décennies, certains physiciens ont essayé de concevoir de nouvelles expériences qui pourraient aider à apporter un nouvel éclairage sur la structure interne des nucléons. L'une de ces expériences est le soi-disant marathon (mesure du rapport F₂ⁿ / F₂ᵖ, D / U et un effet EMC = 3 dans une expérimentation profonde de diffusion inélastique au large du tritium et de l'hélium-3 noyaux miroir), transporté par la collaboration de Jefferson Lab Hall A Tritium.
Récemment, les chercheurs impliqués dans cette expérience ont publié la mesure la plus précise à ce jour du rapport des fonctions de la structure des neutrons et des protons (F₂ⁿ / F₂ᵖ), qui décrit essentiellement la part de l'élan entre les quarks à l'intérieur des nucléons. Leur article, publié dans Lettres d'examen physiqueouvre de nouvelles possibilités pour tester des modèles modernes de chromodynamique quantique (QCD) et d'autres prédictions théoriques.
« Il s'agit de la deuxième publication du Marathon Jefferson Lab Experimental Project, qui a été initié par Mina Katramatou et Makis Petratos de Kent State University, Javier Gomez de Jefferson Lab et Roy Holt d'Argonne National Lab », a déclaré à Phys.Org Makis Petratos, porte-parole du JLAB Marathon Experiment, a déclaré Issues.fr.
« L'expérience a dû attendre la mise à niveau de l'énergie 12 GEV du laboratoire et un long processus d'examen de la sécurité car il nécessitait l'utilisation d'une cible radioactive de gaz tritium. Il a été entièrement approuvé en 2011 et a pris des données en 2018 – presque 20 ans après sa création. »
Le premier objectif de l'expérience du marathon était de mesurer le rapport des fonctions de structure inélastique des protons et des neutrons individuels. Ces fonctions contiennent des informations vitales sur les distributions de quantité de mouvement des constituants de quark de haut en bas des nucléons.
« La connaissance de ces distributions est essentielle pour la compréhension de la sous-structure interne des deux nucléons en termes de quarks et de glluons », a déclaré Petratos. « Ces derniers sont les porteurs de la force forte de la nature. Les résultats de cette partie ont été publiés dans un article très cité dans des lettres de revue physique. »
L'expérience du marathon avait également un autre objectif: mesurer l'effet soi-disant EMC sur les noyaux miroir tritium et hélium-3. L'effet EMC est un phénomène découvert en 1983 et nommé d'après la collaboration européenne du muon, l'équipe de chercheurs du CERN qui l'a découverte.
« Cet effet démontre que la fonction de structure inélastique d'un noyau n'est pas (comme prévu naïvement) égal à la somme des fonctions de structure inélastique de ses constituants de nucléon », a déclaré Petratos.
« La raison de cette« modification »apparente d'un nucléon libre lorsqu'elle est ancrée dans un noyau n'est pas encore résolue. Les théoriciens avaient fait valoir que la mesure de cet effet pour le tritium et les noyaux miroir de l'hélium-3 serait essentielle pour son explication. »
La cible utilisée dans l'expérience a été développée par une équipe du groupe Target JLAB dirigé par Dave Meekins, scientifique du personnel de Jefferson Lab et co-porte-parole pour la collaboration. Il s'agit de la première utilisation d'un tel matériel cible en plus de trente ans.
« Dave Meekins a noté que » le développement et la mise en œuvre de l'objectif du tritium était de loin le plus grand défi pour cette expérience. Le tritium étant un gaz radioactif, il était essentiel d'assurer une conception sûre et efficace « », a déclaré Petratos.
Dans le cadre de l'expérience du marathon, les chercheurs ont bombardé des cibles Gaseous Tritium, Helium-3 et Deuterium avec un faisceau GEV 11 de l'accélérateur JLAB. Cela leur a permis de mesurer et de quantifier la diffusion des électrons inélastiques à partir de ces trois noyaux.
« Des électrons dispersés ont été détectés dans les deux spectromètres magnétiques de masse de pointe de la salle, une installation du laboratoire composée d'aimants supraconducteurs puissants et à haut volume et un appareil de détection de rayonnement moderne », a expliqué Petratos.
« The most notable achievement was the acquisition of high-quality data on the inelastic structure functions of tritium and helium-3—so called mirror nuclei because the number of protons in one nucleus is equal to the number of neutrons in the other presenting a mirror effect. These measurements are considered essential for our understanding of the internal structure and dynamics of the three-nucleon systems of nature, and of the nature of nucleon-nucleon interactions à l'intérieur. «
Notamment, la mesure du Jefferson Lab Hall a Tritium Collaboration de l'effet EMC du Tritium est la première du genre et ne sera probablement plus collectée à l'avenir. Cette mesure, ainsi que les autres qu'ils ont collectées, pourraient avoir des implications significatives pour l'étude de la physique nucléaire et des particules, car elle pourrait aider à améliorer les modèles existants de la structure des nucléons et à valider les prédictions théoriques.
« La compréhension de l'effet EMC nucléaire et de la structure des systèmes nucléaires » à quelques corps « (à quelques nucléons) restent l'un des problèmes les plus importants de la physique nucléaire moderne et à haute énergie aujourd'hui », a ajouté Petratos.
« Il est prévu que Jefferson Lab menera des recherches expérimentales supplémentaires à l'avenir et favorisera le développement de nouvelles idées théoriques qui feront progresser la physique subatomique fondamentale. »
Écrit pour vous par notre auteur Ingrid Fadelli, édité par Gaby Clark, et vérifié et examiné par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
