Dans un article publié dans la revue Physical Review Letters, l’expérience COMPASS du CERN rapporte une mesure essentielle de l’interaction forte qui lie les quarks, pour former les protons et les neutrons, et les protons et les neutrons eux-mêmes, pour former les noyaux de tous les éléments naturels.
Tout ce que nous voyons dans l’Univers est constitué de particules élémentaires, les quarks et les leptons. Les quarks assemblés par trois forment les protons et les neutrons dont sont faits les noyaux des éléments. Un noyau d’hydrogène est ainsi formé d’un seul proton. Le noyau d’un atome d’or est constitué de 79 protons et 118 neutrons.
À l’intérieur du noyau, protons et neutrons s’échangent des pions, médiateurs de la force forte qui tient ensemble les éléments du noyau. Ces pions sont composés d’un quark et d’un antiquark liés étroitement par la force forte. Par conséquent, leur capacité à se déformer, ou polarisabilité, est une mesure directe de la force forte liant les quarks entre eux.
Pour mesurer la polarisabilité du pion, l’expérience COMPASS du CERN a projeté un faisceau de pions contre une cible de nickel. Quand les pions arrivent à une distance de la cible en nickel égale en moyenne à deux fois leur propre rayon, ils sont soumis au très fort champ électrique des noyaux de nickel. Sous l’effet de ce champ ils se déforment et changent de trajectoire, émettant une particule de lumière, un photon.
En mesurant sur un échantillon de 63 000 pions, l’énergie du photon et la déflexion du pion, les chercheurs ont mesuré la polarisabilité. Résultat; le pion se déforme considérablement moins que ce que montraient les mesures précédentes. « Ce résultat complète admirablement les études des interactions fondamentales réalisées auprès du LHC ( Grand Collisionneur de Hadrons, un des accélérateurs de particules du CERN) , et il témoigne de la diversité et du dynamisme du programme de recherche du CERN, explique Rolf Heuer, directeur général du CERN.
Le boson de Higgs responsable de la masse des particules fondamentales permet aux objets composites, comme nous-mêmes, d’exister. La majeure partie de notre masse provient elle de l’énergie de liaison de l’interaction forte qui tient ensemble les particules.
1 Le CERN, Organisation européenne pour la Recherche nucléaire, est le plus éminent laboratoire de recherche en physique des particules du monde. Il a son siège à Genève.
