Une nouvelle approche fusionne les principes fondamentaux théoriques avec des études expérimentales sur la structure du proton

Les protons et autres particules subatomiques soumises à la forte force nucléaire ont une structure complexe qui implique des constituants encore plus fondamentaux appelés quarks et gluons. Ces quarks et gluons se lient sous l’influence de la chromodynamique quantique (QCD). La QCD est la théorie de la forte interaction des quarks et du rôle de la symétrie des couleurs.

Cependant, les mécanismes qui conduisent à la combinaison des quarks et des gluons pour former les particules que nous observons dans la nature sont très mystérieux et mal compris. Par exemple, des quarks et des gluons virtuels apparaissent et disparaissent constamment dans notre image actuelle de la dynamique du proton. Il est donc difficile de répondre à la question de savoir quels quarks et gluons sont réellement « dans » un proton.

Une grande partie des travaux expérimentaux liés à l’extraction de la structure des quarks et des gluons des protons se déroule dans les accélérateurs de particules existants tels que l’installation d’accélérateur national Thomas Jefferson et le collisionneur d’ions lourds relativistes, et à l’avenir au collisionneur d’ions électroniques.

Une grande partie de la recherche en QCD vise à résoudre des questions fondamentales ouvertes au cœur du fonctionnement de la QCD et à la manière dont les théories de la mécanique quantique peuvent être fusionnées avec la théorie de la relativité.

Les progrès récents en matière de QCD théorique ont ouvert la voie à la connexion des questions sur la structure de particules comme le proton avec les mesures de collision de particules à haute énergie.

À mesure que les théoriciens génèrent de nouvelles idées sur la QCD, d’autres chercheurs planifient des expériences pour tester ces idées. Ces tests impliquent la collision de particules telles que des électrons et des protons à haute énergie, puis l’examen des résultats.

En extrapolant à rebours dans le temps, les physiciens utiliseront les vestiges des collisions pour déduire des informations sur la structure des particules d’origine.

Cependant, les mêmes difficultés théoriques qui ont motivé ces études laissent une question clé en suspens. À savoir, comment les scientifiques relient-ils la physique des collisions spécifiques avec la physique de la structure interne des particules elles-mêmes ?

Maintenant, des travaux publiés dans la revue Examen physique D fournit la boîte à outils nécessaire pour résoudre cette question tout en tenant compte des subtilités théoriques.

Une grande partie des recherches actuelles sur la structure du proton, tant théoriques qu’expérimentales, impliquent l’identification, l’extraction et l’analyse des distributions d’états liés des quarks et des gluons dans le proton, la cartographie de leur mouvement et la compréhension de son rapport avec l’ensemble du proton. propriétés observées du proton comme son spin et sa masse.

Dans le passé, les chercheurs ont découvert des incohérences dans la manière dont les physiciens combinaient la théorie fondamentale de la CDQ à l’étude des données. Les nouveaux résultats théoriques fournissent une recette claire et renforcent la certitude que les données recueillies lors d’expériences futures peuvent être interprétées de manière fiable.