Fig. 1. Processus de photoproduction de méson vecteur proche du seuil sur la cible de protons. Crédit :KOU Wei
Des chercheurs ont récemment extrait le rayon de masse du proton à partir de données expérimentales. Un groupe de recherche de l'Institut de physique moderne (IMP) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a présenté une analyse du rayon de masse du proton dans Examen physique D le 11 mai. Le rayon de masse du proton est déterminé à 0,67 ± 0,03 femtomètres, qui est évidemment plus petit que le rayon de charge du proton.
Dans le modèle standard, le proton est une particule composite faite de quarks et de gluons et il a une taille non nulle. Le rayon du proton est une propriété globale et fondamentale du proton. Il est lié au rayon de confinement des couleurs, une propriété régie par la chromodynamique quantique (QCD).
Le rayon du proton est d'environ 100, 000 fois plus petit que celui de l'atome, et les tailles du quark et du gluon sont de plusieurs ordres plus petites que le rayon du proton. Les scientifiques utilisent diverses distributions pour décrire la forme du proton, telles que la distribution de charge et la distribution de masse.
Le rayon de charge du proton a été mesuré avec précision par les scientifiques via le décalage de Lamb de l'hydrogène muonique ou la diffusion élastique électron-proton à haute énergie, avec la valeur moyenne de 0,8409 ± 0,0004 femtomètres fournie par le Particle Data Group. Néanmoins, la connaissance des propriétés gravitationnelles du proton telles que le rayon de masse du proton est encore très limitée.
« D'après les récentes études théoriques de Dmitri Kharzeev, le rayon de masse du proton est lié au facteur de forme gravitationnel scalaire du proton, " a déclaré le Dr Wang Rong, premier auteur de l'article. En étudiant les données de photoproduction de mésons vectoriels pour les oméga, phi et J/psi de l'expérience SAPHIR (Spectrometer Arrangement for PHoton Induced Reactions) à l'Université de Bonn, l'expérience LEPS (Laser Electron Photons) à l'installation SPring-8, et l'expérience GlueX au Jefferson Lab, les chercheurs ont déterminé le facteur de forme gravitationnel scalaire et le rayon de masse du proton.
Fig. 2. Rayon de masse du proton extrait des données expérimentales. Crédit :Examen physique D
Pendant ce temps, Pr Dmitri Kharzeev, un physicien théoricien à l'Université Stony Brook, obtenu un résultat similaire en utilisant les données GlueX J/psi. Le rayon de masse du proton a été estimé à 0,55 ± 0,03 femtomètre.
"Les deux résultats pourraient être les toutes premières valeurs du rayon de masse du proton avec des preuves expérimentales, " a déclaré Wang. " La détermination du rayon de masse du proton améliorera notre compréhension des origines de la masse du proton et du mécanisme de confinement de la couleur de l'interaction forte. "
Beaucoup de questions subsistent encore. "Le rayon de masse plus petit implique que la distribution de masse est significativement différente de la distribution de charge du proton, " a déclaré le professeur Chen Xurong, chercheur à l'IMP.
Les scientifiques essaient maintenant d'obtenir une image plus claire du rayon de masse du proton et de la structure du proton. L'expérience GlueX au Jefferson Lab fournira plus de données dans un proche avenir. Encore plus excitant, les futurs collisionneurs électron-ion aux États-Unis et en Chine fourniront aux chercheurs des données d'électroproduction de mésons vecteurs Upsilon pour mieux comprendre ces questions.
