Plonger au cœur du proton : un nouveau détecteur à la recherche de forces inconnues ✛
Au laboratoire Jefferson (États-Unis), on prépare la mise en service du spectromètre SoLID, un instrument qui trie les particules selon leurs propriétés. Il fonctionne comme un microscope tridimensionnel ultra-rapide : il capture les traces laissées par les collisions d'électrons avec des protons et reconstitue la structure interne de la matière.
Ce « microscope » poursuit trois objectifs. Premièrement, dresser une carte tridimensionnelle du proton, où se déplacent les quarks — de minuscules briques — et les gluons qui les collent. Deuxièmement, mesurer l'origine de la masse. Les quarks eux-mêmes sont presque sans poids : 99 % de la masse provient de l'énergie du champ de gluons. SoLID verra pour la première fois la distribution de cette énergie. Troisièmement, l'instrument cherche des particules qui ne rentrent pas dans le modèle standard — la meilleure théorie du monde microscopique. La détection, par exemple, de photons sombres — des analogues invisibles de la lumière — pourrait expliquer la nature de la matière noire. Et alors, il s'avérerait que la « solidité » familière de la matière n'est qu'une illusion engendrée par l'énergie des champs.
Sans la « colle » de gluons, le proton serait presque sans masse : les trois quarks qu'il contient pèsent moins de 2 % de sa masse réelle.
La recherche de particules inconnues fait écho à l'idée de science-fiction de couches cachées de la réalité, comme le sous-espace de « Star Trek » ou les dimensions supplémentaires d'« Interstellar ».