Une expérience du CERN remet en question la compréhension du comportement des gluons

Une nouvelle mesure issue de l'expérience ALICE du CERN a offert la vision la plus précise à ce jour du comportement des gluons au sein des noyaux atomiques, défiant le cadre théorique établi du shadowing nucléaire et apportant des preuves en faveur d'un phénomène concurrent appelé saturation des gluons.

Sonder le noyau à des échelles inédites

L'étude, publiée dans Physical Review Letters, rapporte la première mesure multidimensionnelle de la production photonucléaire incohérente de J/ψ en fonction de l'énergie d'interaction et du transfert d'impulsion. Les chercheurs ont utilisé les données collectées lors du Run 2 du Grand collisionneur de hadrons, étudiant des rencontres ultra-périphériques où des noyaux de plomb passaient à proximité les uns des autres sans collision directe. Les champs électromagnétiques intenses entourant ces noyaux rapides ont agi comme des sources de photons de haute énergie, capables de produire brièvement des particules J/ψ dont le taux de création est sensible à la structure sous-jacente des gluons.phys+1

L'expérience a sondé les champs de gluons à des résolutions de 0,6, 0,3 et 0,2 femtomètres, la plus fine correspondant à des structures représentant environ un quart de la taille d'un proton. Le physicien nucléaire de l'Université du Kansas, Daniel Tapia Takaki, qui a joué un rôle clé dans cette recherche, a comparé cette technique au passage d'une image floue à un microscope haute résolution.bioengineer+1

Les limites du shadowing

Aux échelles spatiales les plus petites explorées, le taux de production des particules J/ψ a été supprimé avec une signification statistique d'environ trois écarts-types. Ce schéma est difficile à concilier avec le shadowing nucléaire, un cadre où les gluons de différents nucléons se chevauchent et s'obscurcissent partiellement, réduisant la probabilité de certaines interactions. Bien que le shadowing ait permis de décrire avec succès des mesures précédentes, il ne peut expliquer pleinement ces nouvelles données.phys+1

"Au lieu de cela, les observations sont cohérentes avec un phénomène différent connu sous le nom de saturation des gluons, prédit par la théorie de la chromodynamique quantique", a déclaré Takaki. "Dans ce régime, les gluons deviennent si densément compactés qu'ils commencent à interagir fortement les uns avec les autres, limitant le nombre de gluons pouvant exister dans une région donnée."phys

Pourquoi est-ce important

Les gluons portent l'interaction forte et représentent la quasi-totalité de la masse de la matière visible dans l'univers grâce à l'énergie stockée dans cette interaction. Takaki a souligné que comprendre leur comportement est "essentiel pour comprendre comment la matière elle-même acquiert sa masse et sa structure".bioengineer+1

Les résultats n'établissent pas encore tous les détails de la saturation des gluons, et des mesures supplémentaires seront nécessaires. Cependant, en combinant des mesures dépendantes de l'énergie avec des informations sur le transfert d'impulsion à des énergies photon-noyau allant de 20 à 633 milliards d'électronvolts, la collaboration ALICE a fourni la base expérimentale la plus solide à ce jour pour distinguer les deux modèles concurrents.phys+1