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Un faisceau d'électrons force le proton à révéler les détails de sa structure interne.
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.
Pour éliminer les faux signaux, les scientifiques ont entraîné un programme informatique à reconnaître les vrais pions neutres. Cela a permis de collecter cinq fois plus d'événements utiles que lors des expériences précédentes.
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.
Près de la masse de la particule appelée méson rho, l'asymétrie s'intensifie brusquement. Cela correspond aux prédictions d'un modèle où la paire de pions est produite via un méson rho de courte durée de vie.
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.
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.
