Ensimmäinen kuva atomiytimestä ⚛️, joka sisältää kvarkkeja ja gluoneja.

Atomiytimet, qui se composent de protons et de neutrons, cachent en leur centre des quarks et des gluons. Ces derniers, encore difficiles à étudier, ont longtemps échappé à l'attention des scientifiques.

Au milieu du XXe siècle, les physiciens ont découvert que les protons et les neutrons sont les éléments principaux des noyaux atomiques. Cependant, une nouvelle découverte a tout changé : ces particules sont formées de quarks.


Dans les années 1960, les chercheurs ont réalisé que les quarks interagissent grâce aux gluons. Ce modèle, qui était révolutionnaire à l'époque, restait néanmoins incomplet pour expliquer certains phénomènes à basse énergie. Les scientifiques ont été confrontés à un dilemme : comment unifier le comportement des protons et des neutrons à basse énergie avec celui des quarks et des gluons à haute énergie ? Cette question est restée sans réponse jusqu'à récemment.

Des physiciens, notamment ceux de l'Institut de physique nucléaire de Cracovie, ont développé un modèle qui combine des données provenant de collisions à haute et basse énergie. Ce modèle explore enfin cette frontière.

Grâce aux expériences menées au LHC du CERN, ils ont analysé les noyaux atomiques à haute énergie, révélant la distribution interne des quarks et des gluons. Cette avancée permet une compréhension plus approfondie des interactions nucléaires. La recherche s'est concentrée sur dix-huit noyaux atomiques, allant du carbone à l'or. Les résultats ont confirmé que la plupart des paires de nucléons sont constituées d'un proton et d'un neutron, surtout dans les noyaux lourds.

Les perspectives offertes par ces découvertes pourraient transformer la physique nucléaire et ouvrir la voie à de nouvelles expériences pour percer les secrets de la matière.

Qu'est-ce qu'un quark ?

Un quark est une particule élémentaire qui compose les protons et les neutrons au sein du noyau atomique. Il existe six types (appelés "saveurs") : up, down, charm, strange, top et bottom. Les quarks interagissent fortement entre eux grâce aux gluons, des particules qui transmettent la force nucléaire forte, l'une des forces fondamentales de la physique.

Les quarks sont maintenus ensemble par des gluons, qui agissent comme des "colles" invisibles. Ces gluons exercent la force nucléaire forte, la plus puissante des forces fondamentales, et permettent de garder les quarks à l'intérieur des protons et des neutrons. C'est cette interaction qui assure la stabilité des noyaux atomiques.

Le modèle des quarks et des gluons est une description théorique qui explique la structure interne des protons et des neutrons. À haute énergie, cette approche est utilisée pour étudier comment les quarks et les gluons sont distribués à l'intérieur des particules subatomiques et comment ils se comportent lors de collisions énergétiques, comme celles réalisées dans des accélérateurs de particules. --- Atomiytimet, jotka koostuvat protoneista ja neutroneista, piilottavat ytimeensä kvarkkeja ja gluoneja. Nämä viimeksi mainitut, joita on vielä vaikea tutkia, ovat pitkään olleet tieteilijöiltä piilossa.

1900-luvun puolivälissä fyysikot havaitsivat, että protonit ja neutronit ovat atomiytimien pääkomponentteja. Mutta uusi paljastus muutti kaiken: nämä hiukkaset koostuvat kvarkeista.


1960-luvulla tutkijat ymmärsivät, että kvarkit vuorovaikuttavat gluonien avulla. Tämä malli, joka oli aikanaan vallankumouksellinen, jäi kuitenkin puutteelliseksi selittämään joitakin matalan energian ilmiöitä. Tieteilijät kohtasivat umpikujaan: kuinka yhdistää protonien ja neutronien matalan energian käyttäytyminen kvarkkien ja gluonien korkean energian käyttäytymiseen? Arvoitus pysyi ratkaisemattomana vielä äskettäin.

Fyysikot, erityisesti Krakovassa sijaitsevan ydinfysiikan instituutin tutkijat, kehittivät mallin, joka yhdistää tietoja korkeista ja matalista energiatörmäyksistä. Tämä malli tutkii vihdoin tätä rajaa.

CERNin LHC:ssä suoritetuissa kokeissa he analysoivat atomiytimiä korkeassa energiassa, paljastaen kvarkkien ja gluonien sisäisen jakautumisen. Tämä edistysaskel mahdollistaa ydinvuorovaikutusten syvällisemmän ymmärtämisen. Tutkimus keskittyi kahdeksantoista atomiytimeen, jotka vaihtelevat hiilestä kultaan. Tulokset vahvistivat, että suurin osa nukleonipareista koostuu protonista ja neutronista, erityisesti raskaimmissa ytimissä.

Näiden löytöjen tarjoamat näkymät voisivat mullistaa ydinfysiikan ja avata uusia kokeita aineen salaisuuksien paljastamiseksi.

Mikä on kvarkki?

Kvarkki on perushiukkanen, joka muodostaa protonit ja neutronit atomiytimessä. Kvarkkeja on kuusi tyyppiä (kutsutaan "makuiksi"): up, down, charm, strange, top ja bottom. Kvarkit vuorovaikuttavat voimakkaasti keskenään gluonien avulla, jotka ovat hiukkasia, jotka välittävät vahvaa ydinvoimaa, joka on yksi fysiikan perusvoimista.

Kvarkit pidetään yhdessä gluonien avulla, jotka toimivat näkymättöminä "liimoina". Nämä gluonit harjoittavat vahvaa ydinvoimaa, joka on voimakkain perusvoimista, ja pitävät kvarkit protonien ja neutronien sisällä. Tämä vuorovaikutus varmistaa atomiytimien vakauden.

Kvarkkien ja gluonien malli on teoreettinen kuvaus, joka selittää protonien ja neutronien sisäistä rakennetta. Korkeassa energiassa tätä lähestymistapaa käytetään tutkimaan, kuinka kvarkit ja gluonit jakautuvat subatomisten hiukkasten sisällä ja kuinka ne käyttäytyvät energisissä törmäyksissä, kuten niissä, joita suoritetaan hiukkaskiihdyttimissä.