Des scientifiques européens confirment le poids du monde
Une étude à financement européen menée par des physiciens en Allemagne, en France et en Hongrie a démontré de manière concluante que le modèle standard de la physique des particules (une théorie décrivant les interactions fondamentales des particules élémentaires qui constituent l'intégralité de la matière visible de l'univers) explique avec précision la masse des protons et des neutrons. Les résultats, publiés en ligne par la revue Science, représentent l'un des efforts de calcul visant à calculer la masse des particules les plus importants à l'heure actuelle, autrement dit, un progrès considérable dans le domaine de la physique. «Plus de 99% de la masse de l'univers visible est constituée de protons et de neutrons», explique l'étude. «Ces particules sont plus lourdes que leurs constituants de quark et de gluon, et le modèle standard de la physique des particules devrait expliquer la différence.» Le docteur Andreas S. Kronfeld du laboratoire national Fermi (États-Unis) explique que «les physiciens ont longtemps cru que la masse du noyau était le résultat de la liaison complexe entre les gluons et les quarks, selon les lois de chromodynamique quantique (QCD pour quantum chromodynamics)», et ce étant donné que les noyaux atomiques constituent près de la totalité de la masse du monde, et parce que ces noyaux sont composés de particules appelées quarks et gluons. Les physiciens ont commencé par analyser les lois fondamentales et établies de la nature sous la loupe de la chromodynamique quantique. La QCD est une théorie qui décrit la «force nucléaire forte», ou les interactions entre quarks et gluons. Toutefois, en raison du nombre d'interactions et d'interactions virtuelles entre les gluons et les quarks, que l'on estime aux trillions, les évaluations numériques sont extrêmement difficiles (voire impossibles) en utilisant la QCD standard. Les chercheurs ont utilisé une approche appelée QCD réticulaire, dans laquelle le temps et l'espace sont «répartis» dans une sorte de grille. Cette approche permet d'incorporer toutes les données de physique, de contrôler les approximations numériques, et de fournir un budget d'erreur authentique dans leurs calculs de masse des hadrons (par exemple, le proton, le neutron et le pion). «Cette grille réduit tous nos calculs en intégrales, qui, en principe, peuvent être calculées numériquement au moyen d'un ordinateur», explique le docteur Kronfeld. Grâce à cela, les auteurs de l'étude ont pu inclure des paires quarks-antiquarks pour la première fois dans leurs calculs, l'une des principales difficultés de la force nucléaire forte. Selon le docteur Kronfeld, les calculs de physiciens montrent que «même si les masses des quarks venaient à disparaître, la masse des nucléons ne changerait pas beaucoup, un phénomène appelé parfois 'masse sans masse'. Ces calculs précis concordent avec les mesures effectuées en laboratoire, ce qui nous amène à penser, à juste titre, que la source de masse de la matière quotidienne est QCD», ont conclu les auteurs. Les résultats confirment que le modèle standard décrit correctement l'origine de masse des hadrons. Puisque ces particules constituent la majeure partie de l'univers visible, on peut dire que le modèle standard estime avec précision la masse du Soleil, de la Terre et de tout ce qu'elle contient. L'observation la plus importante de l'étude est que les études de QCD réticulaire «ont atteint un stade où toutes les erreurs systématiques peuvent être totalement maîtrisées». Les physiciens suggèrent que la QCD réticulaire jouera un rôle important et permettra de découvrir une nouvelle face de la physique à partir de processus interconnectés aux effets de QCD.» La production de masses de quarks par la nature est l'un des sujets d'intérêt principaux des physiciens travaillant sur le grand collisionneur de hadrons (LHC).
Pays
Allemagne, France, Hongrie