Le record de pression détenu jusqu’alors par les étoiles à neutrons vient d’être battu par le proton. © Crystal Kwok, Unsplash

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Au cœur du proton, une pression extrême

ActualitéClassé sous :physique , proton , pression

La pression qui règne au cœur d'une étoile à neutron est inimaginable. Mais elle n'est (presque) rien à côté de celle que des chercheurs viennent de mesurer à l'intérieur d'un proton. Selon eux, elle avoisinerait par endroits les 1035 pascals.

Pour la première fois, des chercheurs du Jefferson Lab (États-Unis) ont mesuré la distribution de pression à l'intérieur d’un proton. Au centre de la particule que l'on trouve dans chaque atome de notre Univers, une pression extrêmement élevée dirigée vers l'extérieur. Plus en périphérie, une pression dirigée vers l'intérieur, beaucoup plus modeste, mais aussi plus étendue. Un peu comme on l'observe, à moindre échelle, dans une étoile.

Pour arriver à ces conclusions, les chercheurs ont mené une expérience de diffusion Compton profondément virtuelle. Comprenez qu'ils ont bombardé de l'hydrogène liquide, source de protons, de faisceaux d'électrons haute énergie. Car en pareille situation, les électrons interagissent avec les quarks qui constituent le proton. Ils échangent un photon virtuel. De l'énergie est ainsi transmise au proton qui la réémet ensuite sous la forme d'un photon.

Les mesures réalisées par les chercheurs du Jefferson Lab portent sur les quarks – ici en rouge, bleu et vert – qui constituent le proton. L’énergie des électrons mis à contribution étant insuffisante pour sonder le proton dans la globalité, les chercheurs ont supposé, en accord avec les théories, que la contribution des gluons – responsable de la transmission de l’interaction forte, en jaune ici – à la pression totale devait être identique à celle des quarks. © Jacek rybak, Wikipedia, CC by-SA 4.0

Une technique applicable à d’autres mesures

Par ailleurs, les fonctions dites de distributions de parton généralisées permettent d'accéder à la structure tridimensionnelle du proton. Et de récents travaux théoriques ont permis de faire le lien entre ces distributions et les facteurs de forme gravitationnelle. De quoi fournir à nos chercheurs toutes les bases nécessaires à établir cette incroyable cartographie.

Dans un avenir proche, ils envisagent de pouvoir réaliser des mesures encore plus précises. Puis appliquer la même méthode à l'étude des forces à l'œuvre au cœur du proton ou encore à la détermination de la distribution spatiale ou au mouvement des quarks.


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