Des physiciens ont fait une découverte révolutionnaire concernant la structure interne des protons, les éléments constitutifs des noyaux atomiques. À l'aide d'outils d'information quantique, ils ont obtenu des informations sans précédent sur l'interaction complexe des quarks et des gluons, les particules fondamentales qui composent les protons.
La recherche, publiée dans la revue Physical Review Letters le 5 février 2025, révèle que l'intrication quantique joue un rôle crucial dans la dynamique interne du proton. Cela signifie que les quarks et les gluons à l'intérieur d'un proton ne sont pas des entités indépendantes, mais sont liés de manière complexe, leurs destins étant liés d'une manière qui défie la physique classique.
Pour sonder cette intrication, les scientifiques ont mené des expériences au Brookhaven National Laboratory, où des photons de haute énergie sont échangés lors de collisions électron-proton. En analysant les particules secondaires produites lors de ces collisions, les chercheurs ont pu cartographier les schémas d'intrication à l'intérieur du proton.
L'une des principales conclusions est le concept d'entropie d'intrication, qui quantifie la complexité des états intriqués. Cette entropie fournit un moyen mesurable de comprendre l'intrication entre les particules constitutives du proton. Les chercheurs ont constaté que l'entropie d'intrication est non nulle, ce qui indique que la structure interne du proton est bien plus complexe qu'on ne le pensait auparavant.
Cette découverte a des implications importantes pour notre compréhension des interactions nucléaires fortes, les forces qui lient les quarks et les gluons ensemble. En élucidant le rôle de l'intrication dans ces interactions, les scientifiques espèrent acquérir une compréhension plus approfondie de la formation et de la stabilité des noyaux atomiques.
De plus, le cadre d'intrication développé dans cette étude a le potentiel d'améliorer les conceptions expérimentales futures, en particulier à mesure que de nouveaux accélérateurs de particules, tels que l'Electron-Ion Collider, entreront en service. Ces installations fourniront aux chercheurs des outils encore plus puissants pour sonder l'intérieur des protons et d'autres particules.
L'application de la théorie de l'information quantique à l'étude des protons ouvre une nouvelle frontière en physique des particules, promettant de révolutionner notre compréhension des forces fondamentales qui régissent la matière. Alors que la communauté scientifique embrasse ces révélations, il est clair que la collaboration entre les disciplines est essentielle pour faire des progrès substantiels dans notre compréhension de la nature.