Les scientifiques ont passé des décennies à tenter de percer les mystères du proton, la minuscule particule située au cœur de chaque atome. Malgré leur petite taille, les protons sont incroyablement complexes et dynamiques dans leur structure interne, et les physiciens continuent de travailler pour les comprendre pleinement. Aujourd’hui, une équipe de chercheurs a fait un pas de géant en créant la carte la plus détaillée à ce jour des forces agissant à l’intérieur d’un proton.
Pour y parvenir, l’équipe de recherche de l’Université d’Adélaïde a utilisé une technique informatique puissante appelée chromodynamique quantique en grille. L'observation directe des quarks et des gluons constituant les protons est extrêmement difficile, c'est pourquoi les chercheurs ont développé une nouvelle méthode qui essentiellement « divise l'espace et le temps en une grille fine », comme l'a décrit un membre de l'équipe.
Cette grille virtuelle leur a permis d'appliquer des équations très complexes pour simuler les interactions entre les quarks à l'intérieur du proton. Après un travail informatique approfondi, la simulation a produit une visualisation des forces sans précédent.
L’équipe a découvert que ces forces sont inhabituellement fortes, atteignant 500 000 newtons, même à des échelles des milliers de fois inférieures à celles d’un seul noyau atomique. Pour mettre cela en perspective, cela équivaut à presser le poids d’environ 10 éléphants dans un espace presque infiniment petit.
Un doctorant responsable des calculs à l’origine de l’étude a noté que ces tracés offrent une toute nouvelle façon de comprendre la dynamique interne complexe des protons et leur comportement lors des collisions de particules à haute énergie.
De telles expériences à haute énergie ont lieu dans des installations telles que le Grand collisionneur de hadrons du CERN, où plus de 10 000 scientifiques écrasent des protons pour étudier leur structure de base. Une compréhension plus approfondie des forces internes du proton pourrait contribuer à améliorer les théories décrivant l’un des éléments constitutifs les plus fondamentaux de la nature.
Les chercheurs sont si confiants dans leurs résultats qu'un membre de l'équipe a comparé leurs travaux aux études pionnières de Thomas Edison sur les propriétés fondamentales de la lumière avant de développer l'ampoule. Tout comme ces découvertes ont donné naissance à des technologies telles que les lasers et l’imagerie moderne, percer les mystères du proton pourrait ouvrir la voie à de futurs progrès scientifiques et médicaux.
Un domaine qui en bénéficierait particulièrement est la protonthérapie pour le traitement du cancer, qui utilise des protons accélérés pour cibler avec précision les tumeurs. Une compréhension plus approfondie des forces des protons pourrait aider les scientifiques à optimiser et à améliorer cette technologie qui sauve des vies.