Le proton dévoile ses fils cachés express
Un faisceau d'électrons, torsadé comme un tire-bouchon, percute un proton. Du point d'impact jaillissent des paires de particules — un pion positif et un pion neutre. Les physiciens ont mesuré pour la première fois la fréquence à laquelle ces paires se séparent sous différents angles lorsque le spin de l'électron est orienté vers la gauche ou vers la droite.
La différence entre ces fréquences — l'asymétrie — s'est révélée non nulle. Cela signifie qu'à l'intérieur du proton, les quarks et les gluons ne se déplacent pas de manière aléatoire, mais sont liés par des corrélations particulières. L'une d'elles est décrite par une quantité qu'il était auparavant presque impossible de mesurer directement.
Autre découverte : le comportement des paires dépend de leur charge. Les paires constituées d'un pion positif et d'un pion neutre se comportent différemment de celles formées d'un pion négatif et d'un pion neutre. C'est la première fois qu'apparaît une dépendance à l'isospin — la propriété qui distingue le proton du neutron.
Les physiciens disposent désormais d'un nouvel outil : en mesurant les angles de séparation des paires, ils peuvent extraire point par point cette fameuse quantité qui décrit les corrélations quark-gluon. Le proton cesse d'être une boule lisse et révèle ses fils internes.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2602.14271
A first measurement of beam spin asymmetries for $$\pi^+\pi^0$$ and $$\pi^-\pi^0$$ pairs in semi-inclusive deep inelastic scattering is reported. The asymmetries in the dihadron angular distributions were measured from the scattering of a 10.6 GeV longitudinally polarized electron beam off a proton target, using the CLAS12 detector at Jefferson Lab. A photon classifier using a Gradient Boosted Trees (GBTs) architecture was trained with Monte Carlo simulations to reduce the amount of false combinatorial background $$\pi^0$$s, increasing statistics by up to five-fold compared to previous CLAS12 $$\pi^0$$ analyses. A nonzero $$\sin\phi_{R_\perp}$$ asymmetry is observed. This measurement is sensitive to the underexplored collinear twist-3 PDF $$e(x)$$, which encodes quark-gluon correlations in the proton, and presents a new avenue for its point-by-point extraction. The asymmetries also provide the first experimental evidence for the isospin-dependence of the helicity-dependent dihadron fragmentation function $$G_1^\perp$$, revealed by a sign-difference between the $$\pi^+\pi^0$$ and $$\pi^-\pi^0$$ channels in the $$\sin(\phi_h-\phi_{R_\perp})$$ modulation. In contrast, a large, same-sign enhancement near the $$\rho$$ mass for the $$\sin(2\phi_h-2\phi_{R_\perp})$$ modulation is observed, matching spectator model predictions in $$\pi^+\pi^-$$ pairs.
Le détecteur CLAS12 du Jefferson Lab a la taille d'une petite maison et contient des milliers de canaux d'enregistrement de particules fonctionnant simultanément.