Le proton n'est pas une boule uniforme. À l'intérieur, un mélange bouillonnant de quarks et de gluons. Les gluons sont les particules qui collent les quarks entre eux, comme la colle assemble des planches de bois. La question est : quelle part du « poids » du proton revient à cette colle ? Des physiciens l'ont calculé sur ordinateur en discrétisant l'espace et le temps en une grille fine.
Le modèle standard décrit comment les quarks et les gluons interagissent. Mais calculer directement leur contribution à l'impulsion du proton est presque impossible – les équations sont trop complexes. On utilise donc la méthode du réseau : l'espace-temps est remplacé par une grille discrète, puis on fait tendre le pas de la grille vers zéro. Les auteurs ont utilisé des configurations avec deux quarks légers et un quark étrange (ce que les physiciens appellent Nf = 2+1), une masse de pion de 358 MeV, et un pas de réseau de 0,094 fm. C'est comme photographier le proton avec un temps d'exposition très court, mais pour la théorie.
Pour extraire le signal du bruit, ils ont utilisé deux techniques. La méthode variationnelle filtre les états excités, ne gardant que le niveau le plus bas – comme si l'on isolait une note pure dans un chœur. La méthode de distillation construit un grand ensemble d'opérateurs pour mieux saisir le champ gluonique. Tous les ajustements ont été moyennés par une méthode bayésienne – une façon d'intégrer honnêtement l'incertitude due au choix du modèle.
Résultat : les gluons portent 48,2 % de l'impulsion du proton (à une énergie de 2 GeV). Le reste, ce sont les quarks. L'incertitude n'est pour l'instant que statistique, 3,5 %. Cela est proche des valeurs d'autres calculs et d'expériences sur les collisionneurs. Ainsi, la moitié du « mouvement » à l'intérieur du proton est de la colle gluonique.
Ce calcul n'est pas un simple exercice. Il teste notre compréhension de l'interaction forte dans le domaine non perturbatif, où les méthodes habituelles ne fonctionnent pas. Si le nombre s'était écarté fortement de l'attendu, il aurait fallu revoir la théorie. Mais tout concorde : la colle porte bien la moitié de l'impulsion du proton.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2602.14260
We calculate the gluon momentum fraction of the nucleon using lattice quantum chromodynamics (QCD), with a nonperturbative renormalization technique based on the gradient flow. The gluon momentum fraction is determined on a single Wilson-clover ensemble using Nf = 2+1 flavors with pion mass 358 MeV and lattice spacing 0.094 fm. We employ the variational method to reduce excited-state contamination and apply the distillation framework to ensure a large operator basis. To reduce systematic uncertainties, we apply Bayesian model averaging to all fit procedures. We apply matching coefficients to the flow-time dependent lattice results to recover the gluon momentum fraction in the MS-scheme at 2 GeV. Our final result is
Si les gluons disparaissaient soudainement, le proton se désintégrerait en quarks, et toute la matière de l'Univers se transformerait en un gaz raréfié.