La pression au sein d'un proton est dix fois plus grande qu'au sein d'une étoile à neutrons !

[Kaptain 5 876]

Citation

La pression au centre de la Terre est inouïe : plus de trois millions de fois la pression atmosphérique. Ce n’est pourtant rien par rapport aux étoiles à neutrons. Ces objets, les plus denses de l’Univers, concentrent dans une petite sphère de quelques kilomètres de diamètre la masse d’une étoile géante. Un litre d’étoile à neutrons pèse ainsi 4 000 milliards de tonnes. La pression qui règne au cœur de ces astres est 10 000 milliards de milliards de fois plus grande que celle que l’on retrouve au cœur de notre planète ! Eh bien, il est un lieu bien plus commun, partout autour de nous, dans lequel la pression est plus grande encore, et d’un facteur dix : les noyaux des atomes. Et plus précisément à l’intérieur des protons.

C’est le résultat assez incroyable d’une étude parue en mai dans la revue Nature. Découvert il y a un siècle, le proton est l’un des composants fondamentaux du noyau des atomes (avec les neutrons). Ces particules ne sont toutefois pas les plus élémentaires : elles sont elles-mêmes formées de quarks. Si l’on dit généralement que le proton (comme le neutron) est formé de trois quarks, c’est en réalité une vision très simplifiée. « Cela permet de décrire les principales propriétés de ces particules mais la réalité est plus complexe , précise Michel Guidal, directeur de l’Institut de physique nucléaire, à Orsay. Le proton est en réalité une soupe de quarks et d’antiquarks. Ce que l’on cherche à comprendre, c’est pourquoi celle-ci reste confinée pour former un proton ou un neutron. »

Le secret réside dans « l’interaction forte », l’une des quatre forces élémentaires dans l’Univers (avec l’interaction faible, qui provoque la désintégration des noyaux atomiques, la force électromagnétique et la gravité). Si l’on comprend l’électromagnétisme à l’aide de charges positives et négatives (qui se repoussent lorsqu’elles sont de même signe et s’attirent lorsqu’elles sont de signes différents), l’interaction forte se décrit à l’aide de trois charges « de couleur », rouge, verte et bleue (la somme des trois donnant une charge « nulle », par analogie avec la lumière où l’addition du rouge, du vert et du bleu donne une lumière blanche). « Cette force a été mise en évidence dans les années 1970 , rappelle Michel Guidal. L’équation qui la décrit est relativement simple : elle tient sur une ligne. Mais on ne sait toujours pas la résoudre, sauf dans des cas très particuliers. » Cela a donné lieu à une discipline à part entière : la chromodynamique quantique (ou QCD).

Pour percer les mystères du proton, les physiciens s’en remettent donc à l’expérimentation. L’une des façons les plus efficaces de sonder le proton est de le bombarder d’électrons de haute énergie et de regarder comment ils « rebondissent » (la réalité, comme souvent dans le monde étrange de la mécanique quantique, est plus compliquée…). Plus les électrons sont envoyés fort, plus on sonde finement la composition et la structure du proton.

Les physiciens ne pensaient toutefois pas pouvoir déterminer les forces qui s’y exercent par cette technique. Ce sont des « ruses » complexes de physique théorique mises en place par les chercheurs du gigantesque Jefferson Lab, en Virginie, qui ont permis d’utiliser les données déjà acquises par leur équipement phare, l’accélérateur d’électrons Cebaf, pour déterminer une « carte » des pressions à l’intérieur du proton. « Nous avons découvert cette pression faramineuse qui s’exerce de l’intérieur vers l’extérieur au cœur du proton, et une pression dirigée vers l’intérieur en périphérie qui compense très exactement cette force et explique le confinement des quarks au sein du proton », explique François-Xavier Girod, physicien français au Jefferson Lab et l’un des trois auteurs de cette nouvelle étude.

 

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Modifié 8 juin 2018 par Kaptain

[George Black 5 798]

Ton titre est trompeur Kaptain  Ce n'est pas "Dix étoiles à neutrons dans un proton !" ! En gros, ce qui est dit, c'est que la pression au sein d'un proton est dix plus grande qu'au sein d'une étoile à neutron. Mais au final, la masse d'un proton reste toute petite et confinée dans un petit volume.

 

L'article évoque une pression de l'ordre de 10³⁵ Pa... qui n'est pas surprenante d'un point de vue théorique, en terme d'ordre de grandeur.

[PerrouriefhCedric 4 121]

il y a une heure, Kaptain a dit :

« Nous avons découvert cette pression faramineuse qui s’exerce de l’intérieur vers l’extérieur au cœur du proton, et une pression dirigée vers l’intérieur en périphérie qui compense très exactement cette force et explique le confinement des quarks au sein du proton »

 

Hi hi c'est marrant, c'est toujours pareil ! C'est un phénomène de même logique qui explique la stabilité d'une étoile, mais sur une durée infiniment plus courte que pour le proton

 

La nature est bien faite quand même 

[Kaptain 5 876]

il y a 17 minutes, Tournesol a dit :

Ton titre est trompeur Kaptain

 

Tu as raison, j’ai corrigé.

[PerrouriefhCedric 4 121]

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Modifié 8 juin 2018 par Cédric Perrouriefh

[Kaptain 5 876]

Décidément...

[PerrouriefhCedric 4 121]

Tiens c'est bien au fait qu'on puisse changer les titres des messages maintenant !