Le proton n'est pas une boule monolithique. C'est un nuage bouillonnant de quarks et de gluons qui naissent et disparaissent sans cesse. Pour décrire une telle image, on utilise les fonctions de distribution de partons : elles indiquent la probabilité de rencontrer un quark ou un gluon d'une certaine énergie à l'intérieur du proton. Auparavant, ces fonctions étaient déterminées séparément d'autres nombres importants, comme la force de liaison des quarks ou la masse de la particule élémentaire la plus lourde, le quark top.
Désormais, un groupe international de physiciens a pour la première fois croisé les données de deux installations légendaires. Le collisionneur électron-proton HERA à Hambourg a fourni des images précises du proton grâce à la diffusion d'électrons. Les collisions proton-proton au Grand collisionneur de hadrons ont ajouté des informations sur la production de jets, de bosons W et Z, ainsi que de paires de quarks top. L'analyse a été menée avec une précision théorique record, en tenant compte même des effets subtils du mouvement des quarks à l'intérieur du quark top et de l'émission de gluons supplémentaires.
Le résultat est l'extraction simultanée de la force de l'interaction forte, de la masse du quark top et de l'angle de Weinberg (qui régit les désintégrations faibles). La précision est comparable aux meilleures mesures mondiales, mais surtout, on voit maintenant les corrélations entre ces paramètres et la structure interne du proton. Les auteurs ne se sont pas arrêtés là : ils ont imposé des contraintes sur les écarts hypothétiques par rapport au modèle standard, les fameux opérateurs SMEFT. Si de nouvelles particules existent, elles doivent être très lourdes ou interagir très faiblement.
Cette analyse conjointe est une répétition générale pour l'avenir. Lorsque de nouveaux détecteurs entreront en service et que plus de données seront accumulées, les scientifiques pourront tester la théorie encore plus rigoureusement. Peut-être que ces corrélations cachent la clé pour percer le mystère de la matière noire ou la nature de la masse.
Le quark top est si massif que sa masse est proche de celle d'un atome d'or, alors que le quark lui-même est un point sans structure.
Dans le roman « Le Problème à trois corps » de Liu Cixin, les particules subatomiques se comportent étrangement à cause de l'intervention d'une civilisation extraterrestre — ici, les physiciens cherchent des écarts à la norme pour trouver des traces de nouvelles lois de la nature.