Un « monde quantique caché » à l’intérieur des protons révèle des interactions inattendues

Un nouveau modèle théorique décrit la dynamique complexe des interactions internes des protons.

proton quantique cache extreme
Vue d'artiste d'une collision inélastique entre un proton et un électron relativiste (surligné en bleu). | IFJ PAN, jch

Au cours des dernières années, les physiciens ont découvert que l’intrication quantique à l’intérieur d’un proton est maximale en raison de mers de gluons et de quarks virtuels en constante ébullition. En s’appuyant sur la théorie de l’information quantique, un groupe de physiciens a pour la première fois développé un modèle théorique universel décrivant ces interactions et concordant avec toutes les données expérimentales disponibles actuellement.

La compréhension de la dynamique à l’intérieur d’un proton constitue l’un des domaines de recherche les plus actifs en physique. Cependant, malgré plusieurs décennies de recherches, elle demeure à ce jour en grande partie insaisissable. En effet, contrairement aux autres particules telles que les électrons, les protons ne sont pas des particules élémentaires. Leur structure est maintenue à l’aide d’interactions extrêmement fortes et complexes que les physiciens tentent encore de décrire.

L’intérieur d’un proton est composé de trois quarks de valence (deux up et un down) maintenus ensemble à l’aide des gluons, les particules porteuses des interactions fortes. Ces dernières sont si puissantes que la dynamique des quarks et des gluons change constamment, un peu à la manière d’une grande quantité d’eau en ébullition. Plus précisément, des paires de quarks et d’antiquarks virtuels (même ceux aussi massifs que le quark charm) et des paires de gluons virtuels (ce qui est possible, car ces particules sont des antiparticules les unes des autres) apparaissent et disparaissent constamment.

Afin de modéliser les interactions à l’intérieur d’un proton, une nouvelle étude codirigée par l’Institut


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