Utilisateur:Ddn2/struct nucleon

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

[modifier] Introduction

Le nucléon, proton ou neutron, comme tout hadron est une particule composite, composée de sous-particules qui sont les quarks et les gluons. Cette particule n'est pas ponctuelle et au contraire elle a une certaine structure interne, c'est-à-dire que ses composants sont répartis à l'intérieur suivant un certain ordre. Les sous-particules qui composent le nucléon sont génériquement appelées des partons (elles sont des parties du nucléon). Ces quarks et gluons interagissent entre eux et forment collectivement le nucléon grâce à l'interaction forte, interaction qui est décrite par la théorie de la chromodynamique quantique (QCD). Cependant cette théorie ne permet pas de décrire directement la structure du nucléon, de par la complexité infinie des calculs qui seraient nécessaire pour atteindre ce but. Ceci pourra être éventuellement possible dans le futur grâce au développement des calculs numériques sur ordinateur, ce que l'on appelle la chromodynamique sur réseau. En attendant, la connaissance que l'on a de la structure du nucléon provient principalement d'expériences qui visent à sonder le contenu du nucléon, les données étant interprétées à l'aide de différents modèles approchés, dont certains sont en partie basés sur la QCD. Le but de cette page est de faire une brève revue des descriptions de la structure du nucléon.

[modifier] Comment sonder la structure du nucléon

Le caractère non-ponctuel du nucléon apparaît lorsque celui-ci interagit avec une autre particule, l'étude des interactions entre le nucléon et une autre particule permet alors d'avoir accès à sa structure interne.

[modifier] Notion d'échelle d'interaction

Lorsque l'on considère une interaction avec un objet composite, il convient de déterminer l'échelle minimum à laquelle cette interaction sera sensible. Cette échelle donnera alors la résolution à laquelle on pourra observer les structures internes de l'objet, une échelle plus petite permettant d'observer des détails plus fins. Lors d'interactions entre particules, cette échelle est déterminée par le principe d'incertitude d'Heisenberg qui lie l'échelle à l'impulsion mise en jeu dans le référentiel de la particule. En pratique, l'échelle est le plus souvent déterminée par l'impulsion transférée à la particule composite étudiée. Elle est calculée à partir de Q² qui est le carré du module du quadri-vecteur énergie-impulsion transféré à la particule, l'échelle valant alors sqrt(1 / Q²) (voir ici pour une définition plus précise de Q²).

[modifier] Diffusion profondément inélastique

Le type d'interaction le plus courant pour étudier la structure du nucléon est la diffusion profondément inélastique, où un faisceau de leptons, tel que des électrons, muons ou neutrinos, est envoyé sur une cible de nucléons. Cette interaction est une collision inélastique, où le lepton interagit avec un parton du nucléon par l'intermédiaire d'un photon virtuel puis repars avec une énergie et une direction de propagation différentes de leur valeurs initiales, le nucléon de son côté étant en général éclaté en plusieurs particules. Cette interaction est sensible à la structure interne du nucléon à la condition que l'échelle de l'interaction soit sensiblement plus petite que la taille du nucléon.

[modifier] Diffusion de Drell-Yan

Processus Drell-Yan: un quark d'un hadron et un anti-quark d'un autre hadron interagissent pour donner une paire lepton-antilepton par l'intermédiaire d'un photon virtuel ou d'un Z⁰

Les interactions nucléon-nucléon peuvent difficilement être utilisées pour étudier leur structure. En général lors d'interactions nucléon-nucléon, les effets de leur structure interne se combinent, rendant difficilement interprétable les mesures faites à partir de ces interactions. Cependant on peut considérer uniquement les événements qui ont abouti à la création d'une paire lepton-antilepton (processus Drell-Yan, voir figure). Dans ce cas la combinaison des structures internes des nucléons est fortement contrainte, permettant l'extraction de la contribution de chacun des hadrons.

[modifier] Diffusion élastique lepton-nucléon

[modifier] Le modèle des quarks

[modifier] Le modèle des partons

[modifier] Le modèle issu de la chromodynamique quantique

[modifier] La structure du nucléon aujourd'hui

[modifier] Une nouvelle description: les distributions de partons généralisées

[modifier] Bibliographie

• (en)The Discovery of Asymptotic Freedom and the Emergence of QCD, David J. Gross, discours de remise du prix Nobel