Le pouvoir de la gravité s’étend à travers notre univers seen. On peut le voir dans le pas de verrouillage des lunes lorsqu’ tournent autour des planètes dans les comètes errantes déviées par des étoiles massives et dans le tourbillon de galaxies gigantesques. Ces superbes expositions mettent en valeur l’influence de la gravité aux furthermore grandes échelles de la matière. Aujourd’, les physiciens nucléaires découvrent que la gravité a également beaucoup à offrir aux plus petites échelles de la matière.
De nouvelles recherches menées par des physiciens nucléaires de l’élérateur nationwide Thomas Jefferson du ministère américain de l’Énergie utilisent une méthode qui relie les théories de la gravitation aux interactions entre les plus petites particules de matière pour révéler de nouveaux détails à cette échelle plus petite. La recherche a révélé, pour la première fois, un instantané de la répartition de la power forte à l’intérieur du proton. Cet instantané détaille la contrainte de cisaillement que la drive peut exercer sur les particules de quark qui composent le proton. Le résultat a été récemment publié dans Critiques of Fashionable Physics.
Selon l’ principal de l’étude, Volker Burkert, scientifique principal du Jefferson Lab, la mesure révèle un aperçu de l’ dans lequel évoluent les éléments constitutifs du proton. Les protons sont constitués de trois quarks liés ensemble par une pressure forte.
« À son apogée, cela représente in addition de quatre tonnes de drive qu’ faudrait appliquer à un quark pour l’ du proton », a expliqué Burkert. « La character, bien sûr, ne nous permet pas de séparer un seul quark du proton en raison d’ propriété des quarks appelée « couleur ». Il existe trois couleurs qui mélangent les quarks dans le proton pour le rendre incolore de l’érieur, une affliction nécessaire à son existence dans l’. Essayer d’ un quark coloré du proton produira une paire quark/anti-quark incolore, un méson. en utilisant l’énergie que vous mettez pour tenter de séparer le quark, laissant derrière vous un proton (ou neutron) incolore. Ainsi, les 4 tonnes sont une illustration de la force de la drive qui est intrinsèque au proton.
Le résultat n’est que la deuxième des propriétés mécaniques du proton à être mesurée. Les propriétés mécaniques du proton incluent sa pression interne (mesurée en 2018), sa répartition de masse (taille physique), son moment cinétique et sa contrainte de cisaillement (illustré ici). Le résultat a été rendu achievable grâce à une prédiction vieille d’un demi-siècle et à des données vieilles de deux décennies.
Au milieu des années 1960, il a été émis l’èse que si les physiciens nucléaires pouvaient observer remark la gravité interagit avec les particules subatomiques, telles que le proton, de telles expériences pourraient révéler directement les propriétés mécaniques du proton.
« Mais à cette époque, il n’ avait aucun moyen. Si vous comparez la gravité avec la drive électromagnétique, par exemple, il y a 39 ordres de grandeur de différence. C’ donc complètement désespéré, n’-ce pas ? » a expliqué Latifa Elouadhriri, scientifique du Jefferson Lab et co-auteur de l’étude.
Les données vieilles de plusieurs décennies provenaient d’ériences menées avec l’ d’élérateur de faisceaux d’électrons continus (CEBAF) du Jefferson Lab, une installation utilisateur du Bureau des sciences du DOE. Une expérience CEBAF typique impliquerait qu’un électron énergétique interagisse avec une autre particule en échangeant avec la particule un paquet d’énergie et une unité de second cinétique appelée photon virtuel. L’énergie de l’électron dicte les particules avec lesquelles il interagit de cette manière et la manière dont elles réagissent.
Dans l’expérience, une force bien supérieure aux quatre tonnes nécessaires pour extraire une paire quark/antiquark a été appliquée au proton par le faisceau d’électrons hautement énergétique interagissant avec le proton dans une cible d’hydrogène liquéfié.
Il s’avère que ce processus spécifique – la diffusion Compton profondément virtuelle (DVCS) – pourrait être lié à la manière dont la gravité interagit avec la matière. La model générale de cette connexion a été énoncée dans le manuel de 1973 sur la théorie de la relativité générale d’ intitulé « Gravitation » par Charles W. Misner, Kip S. Thorne et John Archibald Wheeler.
Dans ce document, ils écrivent : « Tout champ de spin 2 sans masse donnerait naissance à une power extremely hard à distinguer de la gravitation, automobile un champ de spin 2 sans masse se couplerait au tenseur énergie-contrainte de la même manière que les interactions gravitationnelles. « .
Trois décennies moreover tard, le théoricien Maxim Polyakov a poursuivi cette idée en établissant les fondements théoriques qui relient le processus DVCS et l’interaction gravitationnelle.
« Cette avancée théorique a établi la relation entre la mesure de la diffusion Compton profondément virtuelle et le facteur de forme gravitationnel. Et nous avons pu l’ pour la première fois et extraire la pression comme nous l’ fait dans l’ Nature en 2018, et maintenant le la pressure normale et la pressure de cisaillement », a expliqué Burkert.
Une description plus détaillée des liens entre le processus DVCS et l’ gravitationnelle peut être trouvée dans cet report décrivant le premier résultat obtenu de cette recherche.
Les chercheurs affirment que leur prochaine étape consistera à extraire les informations dont ils ont besoin des données DVCS existantes pour permettre la première détermination de la taille mécanique du proton. Ils espèrent également tirer parti d’expériences in addition récentes, aux statistiques et aux énergies furthermore élevées, qui poursuivent les recherches DVCS sur le proton.
Entre-temps, les co-auteurs de l’étude ont été étonnés par la pléthore de nouveaux efforts théoriques, détaillés dans des centaines de publications théoriques, qui ont commencé à exploiter cette voie récemment découverte pour explorer les propriétés mécaniques du proton.
« Et aussi, maintenant que nous sommes dans cette nouvelle ère de découverte avec le Prepare à extended terme 2023 pour la science nucléaire publié récemment. Ce sera un pilier majeur de l’ de la science avec de nouvelles installations et le développement de nouveaux détecteurs. pour voir davantage de ce qui peut être fait », a déclaré Burkert.
Elouadhriri est d’accord.
« Et à mon avis, ce n’ que le début de quelque chose de bien in addition grand à venir. Cela a déjà changé notre façon de penser la composition du proton », a-t-elle déclaré.
« Maintenant, nous pouvons exprimer la framework des particules subnucléaires en termes de forces, de pression et de tailles physiques auxquelles les non-physiciens peuvent également s' », a ajouté Burkert.
