Pendant des décennies, les physiciens se sont penchés sur une question d’une simplicité trompeuse : comment un proton porte-t-il son numéro de baryon, la propriété quantique qui le désigne comme matière plutôt que comme antimatière ? Selon un nouvel article rédigé par des chercheurs de la collaboration STAR du collisionneur d’ions lourds relativistes, le nombre de baryons ne semble pas être porté uniquement par les trois quarks du proton, mais par le réseau de gluons qui lie ces quarks entre eux – une structure connue sous le nom de jonction baryonique.
L’image conventionnelle veut qu’un proton soit essentiellement composé de trois quarks, chacun contribuant à ses propriétés.
Cependant, des expériences de plus en plus précises ont révélé qu’il s’agit d’un système beaucoup plus complexe, dont bon nombre de propriétés déterminantes émergent des interactions entre les quarks et les gluons qui les lient entre eux.
L’un des plus grands mystères restants est de savoir comment le proton porte son numéro de baryon.
« Le nombre quantique du baryon est conservé depuis la baryogenèse dans l’Univers primitif », ont déclaré les physiciens de STAR.
« Conventionnellement, chaque quark de valence chargé de façon fractionnaire est censé porter un tiers d’un nombre de baryon. »
« Une hypothèse alternative postule que le nombre de baryons est plutôt porté par une jonction baryonique – une configuration gluonique non perturbatrice en forme de Y. »
Pour trancher entre les deux idées, les chercheurs ont étudié les collisions de particules impliquant des photons, des noyaux d’or et des ions lourds au collisionneur d’ions lourds relativistes (RHIC).
Au fil des expériences, le nombre de baryons s’est déplacé plus loin et différemment que ce à quoi on pourrait s’attendre s’il accompagnait les quarks seuls, privilégiant systématiquement le modèle de jonction gluon par rapport au modèle traditionnel.
« En utilisant les données collectées lors de différents types de collisions de particules au RHIC, nos résultats suggèrent que le nombre de baryons n’est pas simplement porté par des quarks individuels », a déclaré le professeur Zhangbu Xu, physicien à la Kent State University et au Brookhaven Lab.
« Nos résultats soutiennent fortement l’idée selon laquelle le nombre de baryons est plus facilement porté et transporté par les gluons, les particules qui maintiennent les quarks ensemble, lorsqu’ils sont disposés dans cette configuration spéciale. »
« Nos recherches remettent en question l’idée de longue date selon laquelle le nombre de baryons est simplement divisé entre les trois quarks et porté par eux », a déclaré le Dr Rongrong Ma, physicien au Brookhaven Lab.
« Cette nouvelle compréhension remodèle notre façon de penser la structure de la matière et approfondit notre connaissance de l’élément le plus fondamental responsable de l’univers dans sa forme actuelle. »
