La masse du proton!

D'où vient la masse

(La masse est une propriété fondamentale de la matière qui se manifeste à la fois par l'inertie des corps et leur...)

du proton

(Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique de 1,602×10-19 coulombs. Il fut découvert en 1919...)?

A 95 % de l'énergie

(Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la...)

des quarks et des gluons, répondent les physiciens du Centre de physique théorique

(La physique théorique est la branche de la physique qui étudie l’aspect théorique des lois physiques et en...)

de Marseille (1). Menés à partir du modèle standard qui décrit les interactions entre particules élémentaires, leurs calculs prouvent que la masse du proton résulte principalement de l'énergie portée par ces tous petits "éléments" que sont les quarks et les gluons, au travers de la célèbre formule d'Einstein E=mc2.

Cette prouesse confirme la validité d'une théorie

(Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage...)

pour dépeindre les interactions fortes entre particules. Publiés dans Science le 21 novembre 2008, ces travaux ont été accomplis grâce à des supercalculateurs parmi les plus puissants au monde

(Le mot monde peut désigner :).

Ils permettent d'envisager l'arrivée d'une nouvelle théorie en physique fondamentale

(En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.),

au-delà du modèle actuel, avec d'éventuelles découvertes dans le domaine des interactions faibles de quarks.




Dans les noyaux des atomes

(Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la...),

on trouve des protons et des neutrons. Ceux-ci sont eux-mêmes constitués de quarks et de gluons, sortes de petites sous-structures fondamentales. Or, la masse des gluons est nulle. Et, contrairement à ce que l'on pourrait penser, la masse des quarks qui composent un proton ne représente que 5% de la masse de ce dernier. D'où proviennent donc les 95% restants ?

Une équipe de physiciens français, allemands et hongrois vient de prouver que ces 95% résultent de l'énergie due aux mouvements des quarks et des gluons, et à leurs interactions. Une masse issue d'une énergie, c'est un résultat quelque peu déroutant, pourtant traduit par la célèbre formule d'Einstein E=mc2 énonçant l'équivalence entre masse et énergie. Jusqu'ici hypothèse, ce résultat est pour la première fois corroboré.

Les chercheurs, pilotés en France par Laurent Lellouch, directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de...) au Centre de physique théorique, se sont appuyés sur plus de vingt ans de recherches effectuées par des physiciens du monde entier. Partant des équations de la chromodynamique quantique

(La chromodynamique quantique, acronyme QCD de l'anglais Quantum ChromoDynamics, est une théorie physique qui décrit...) (2),

c'est-à-dire la théorie qui décrit les interactions fortes, ils sont parvenus à calculer la masse des protons, des neutrons et autres particules du même type (3).

Résultat, les masses obtenues par le calcul sont en excellent accord avec celles mesurées expérimentalement. Les chercheurs confirment ainsi que le modèle standard est correct pour décrire l'origine de la masse de ces particules et donc celle de plus de 99% de l'univers (On nomme univers l'ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant...) visible, comprenant le Soleil ((pourcentage en masse)), la Terre (La Terre, foyer de l'humanité, est surnommée la planète bleue. C'est la troisième planète du système solaire en partant...), nous-même et tous les objets qui nous entourent.

Pour parvenir à leurs fins, les chercheurs ont utilisé une approche où l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite par Minkowski en 1908 dans un exposé mathématique sur la géométrie de...) est envisagé comme un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec...) cristallin à quatre dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa...), composé de sites espacés le long de rangées et de colonnes. Leur principal défi était d'arriver à une solution qui corresponde à notre espace-temps continu, tout en contrôlant toutes les sources d'incertitudes liées aux calculs sur réseau. Sur le plan pratique, ce travail marque l'arrivée à maturité de méthodes numériques pertinentes pour l'étude des interactions fortes. Il devrait jouer un rôle fondamental dans la nouvelle ère de la physique qui s'ouvre avec le Large Hadron Collider (Le LHC (Large Hadron Collider, « Grand Collisionneur Hadronique ») est le prochain grand accélérateur de...). En effet, contrôler le modèle des interactions fortes pourrait permettre de mettre en évidence de nouveaux effets liés aux interactions faibles de quarks qui sont masqués par les interactions fortes.

Ce calcul s'avère l'un des plus importants calculs numériques effectués à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux...). Une véritable performance qui a requis les ressources des supercalculateurs Blue Gene de l'Institut du développement et des ressources en informatique (L'informatique désigne l'automatisation du traitement de l'information par un système, concret (machine) ou abstrait....) scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude...) (IDRIS) du CNRS et du Forschungszentrum Jülich, mais également des fermes de calcul de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche),...) de Wuppertal et du Centre de physique théorique de Marseille.


Notes:

(1) CNRS / Université de la Méditerranée / Université de Provence / Université de Toulon

(2) D'après cette théorie du modèle standard, les quarks sont confinés dans les particules qu'ils constituent et possèdent une propriété nommée "couleur" bleue, verte ou rouge, analogue à la charge électrique (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de conservation.) de la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou...) électrostatique (L'électrostatique traite des charges électriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre elles,...).
(3) Cela comprend des "hadrons légers" qui sont des particules composées de quarks et de gluons (telles les protons et les neutrons).

Source: CNRS
Illustration: © Forschungszentrum Jülich/Seitenplan with material from NASA, ESA and AURA/Caltech

Rejoindre la communauté de BLOgixtrA

Promouvoir cet article