Dans un noyau atomique, les protons contiendraient une force comparable à celle de 10 éléphants

Dans le cadre d'une récente étude, des chercheurs ont réussi à cartographier les forces invisibles à l'intérieur des protons. Les résultats de cette recherche pourraient améliorer notre compréhension de la physique nucléaire et optimiser certains traitements contre le cancer.

Les protons sont essentiels à toute forme de matière. En creusant dans les souvenirs qu'il nous reste de nos cours de physique chimie, on se souvient que les protons et les neutrons forment des noyaux atomiques, lesquels sont entourés d'électrons. Et toute la matière qui se trouve autour de nous est constituée d’atomes.

Pourtant, d’après Interesting Engineering, la structure interne des protons demeure l’un des mystères les plus complexes de la physique. Dans une étude publiée dans la revue Physical Review Letters, une équipe internationale de chercheurs a tenté de cartographier les forces à l’intérieur d’un proton, révélant des résultats stupéfiants.

Une expérience pionnière

Tout d’abord, les scientifiques savent que les protons sont composés de particules élémentaires appelées : quarks. Ces quarks sont liés entre eux sous l’effet de la "force forte", l’une des quatre forces fondamentales de la nature avec la gravité, l’électromagnétisme et la force faible. Cette force est extrêmement puissante, mais elle agit sur de très petites distances à l'échelle des noyaux atomiques. Il est donc très difficile de la mesurer directement.

Les scientifiques ont alors décidé de créer une grille virtuelle coupant l’espace et le temps. Ils ont ensuite appliqué à cette grille des équations complexes simulant la manière dont les quarks interagissent entre eux. "En rendant visibles pour la première fois les forces invisibles à l'intérieur du proton, cette étude comble le fossé entre théorie et expérience – tout comme les générations précédentes ont découvert les secrets de la lumière pour transformer le monde moderne", a déclaré Richard Young, l'un des auteurs de l'étude et professeur associé à l'Université d'Adélaïde.

Améliorer la sécurité des réactions nucléaires

C’est ainsi que les chercheurs ont découvert que "même à ces échelles minuscules, les forces impliquées sont immenses, atteignant jusqu'à un demi-million de Newtons, l'équivalent d'environ 10 éléphants, comprimés dans un espace bien plus petit qu'un noyau atomique", comme l’explique Joshua Crawford, chercheur principal et doctorant à l'Université d'Adélaïde.

Mais alors, à quoi cette découverte peut-elle bien servir ? En réalité, comprendre la dynamique interne des protons est essentiel pour améliorer nos connaissances de la physique nucléaire. En sachant comment interagissent les quarks, on peut ainsi comprendre comment maintenir le proton intact. Une clé essentielle au bon fonctionnement d’une réaction nucléaire.

En plus des avancées que cette étude pourrait représenter dans le domaine nucléaire, elle pourrait aussi contribuer à améliorer les traitements contre le cancer. Certains types de radiothérapie comme la protonthérapie pourraient bénéficier de ces connaissances pour devenir plus précises.