Les noyaux atomiques, composés de protons et de neutrons, cachent en leur cœur des quarks et des gluons. Ces derniers, encore difficiles à étudier, ont longtemps échappé aux scientifiques.
Au milieu du XXe siècle, les physiciens ont découvert que les protons et neutrons sont les principales composantes des noyaux atomiques. Mais une nouvelle révélation changea tout: ces particules sont constituées de quarks.
Pour la première fois, il a été possible de décrire les caractéristiques des noyaux atomiques expliquées auparavant par l'existence de protons et de neutrons à l'aide de quarks et de gluons. Une paire momentanée de nucléons corrélés est ici surlignée en violet. Source: FIJ PAN
Dans les années 1960, les chercheurs ont compris que les quarks interagissent grâce à des gluons. Ce modèle, révolutionnaire à l'époque, restait néanmoins incomplet pour expliquer certains phénomènes à basse énergie. Les scientifiques se sont heurtés à une impasse: comment unifier le comportement des protons et neutrons à basse énergie et celui des quarks et gluons à haute énergie ? L'énigme persista jusqu'à récemment.
Des physiciens, notamment ceux de l'Institut de physique nucléaire de Cracovie, ont élaboré un modèle combinant des données issues de collisions à haute et basse énergie. Ce modèle explore enfin cette frontière.
Grâce aux expériences menées au LHC du CERN, ils ont analysé les noyaux atomiques sous haute énergie, révélant la distribution interne des quarks et gluons. Cette avancée permet une compréhension plus fine des interactions nucléaires. La recherche s'est focalisée sur dix-huit noyaux atomiques, allant du carbone à l'or. Les résultats ont confirmé que la plupart des paires de nucléons sont formées d'un proton et d'un neutron, surtout dans les noyaux lourds.
Les perspectives offertes par ces découvertes pourraient bouleverser la physique nucléaire et ouvrir la voie à de nouvelles expériences pour percer les secrets de la matière.
Qu'est-ce qu'un quark ?
Un quark est une particule élémentaire qui constitue les protons et neutrons au sein du noyau atomique. Il en existe six types (appelés "saveurs"): up, down, charm, strange, top et bottom. Les quarks interagissent fortement entre eux grâce aux gluons, des particules qui transmettent la force nucléaire forte, une des forces fondamentales de la physique.
Les quarks sont maintenus ensemble par des gluons, qui agissent comme des "colles" invisibles. Ces gluons exercent la force nucléaire forte, la plus puissante des forces fondamentales, et permettent de maintenir les quarks à l'intérieur des protons et neutrons. C'est cette interaction qui assure la stabilité des noyaux atomiques.
Le modèle des quarks et des gluons est une description théorique qui explique la structure interne des protons et des neutrons. À haute énergie, cette approche est utilisée pour étudier comment les quarks et les gluons sont distribués à l'intérieur des particules subatomiques, et comment ils se comportent lors de collisions énergétiques, comme celles réalisées dans des accélérateurs de particules.