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L'expérience, appelée G-Zero, a été exécutée sur l'accélérateur Thomas Jefferson en Virginie. Conçue pour sonder la structure de proton, en particulier la contribution des quarks étranges, l'expérience a fait participer un groupe international de 108 scientifiques de 19 institutions. Steve Williamson, un physicien de l'université de L'Illinois est le coordinateur de l'expérience.
"L'expérience G-Zero a fourni une vue beaucoup plus large sur la structure à petite échelle du proton", indique Doug Beck porte-parole des chercheurs. "Nos résultats sont conformes à ceux des expériences précédentes, mais nos nouvelles découvertes sont sensiblement plus étendues et fournissent une image beaucoup plus claire".
La pièce maîtresse de l'expérience G-Zero est un aimant supraconducteur en forme de tore de plus de 4 mètres de diamètre qui a été conçu et testé par des physiciens de l'Université. Sa construction de l'aimant de 50 tonnes a demandé trois ans.
Des ouvriers installent l'aimant pour des essais à l'université de l'Illinois
avant l'expérience G-Zero
Dans l'expérience, un faisceau intense d'électrons polarisés a été projeté sur des cibles d'hydrogène liquide situées dans le noyau de l'aimant. Les détecteurs, montés sur le périmètre de l'aimant, ont alors enregistré le nombre et la position des particules dispersées. Les chercheurs ont ensuite utilisé des modèles mathématiques pour retracer les trajectoires des particules et déterminer leurs vitesses.
"Il y a beaucoup d'énergie à l'intérieur d'un proton", précise Beck. "Une partie de cette énergie peut se changer en particules appelées les quarks étranges et vice-versa". À la différence des trois quarks qui sont toujours présent dans un proton (deux "up" et un "down"), les quarks étranges peuvent apparaître et disparaître inopinément.
"En raison de l'équivalence entre la masse et l'énergie, les champs d'énergie dans le proton peuvent parfois se manifester sous la forme de ces quarks 'à temps partiel '", explique Beck. "C'est la première fois que nous observons les quarks étranges dans ce contexte, et c'est la première fois que nous mesurons combien de fois cette énergie se manifeste en tant que particules dans des circonstances normales".
Ces résultats aideront des scientifiques à mieux comprendre comment une des pièces du Modèle Standard est constituée. Le Modèle Standard unifie trois forces: l'électromagnétisme, l'interaction nucléaire faible et l'interaction nucléaire forte.
"L'expérience G-Zero nous en apprend davantage sur l'interaction forte (la façon dont les protons et les neutrons sont liés)", conclut Beck. "Cependant, il nous reste toujours beaucoup à apprendre".