
Les scientifiques suspectent depuis longtemps que les particules élémentaires des protons, comme les quarks et les gluons, sont liées par un phénomène d’intrication quantique. Pour la première fois, grâce à une méthode innovante permettant de mesurer l’entropie des particules subatomiques, ils ont obtenu une preuve directe de ce phénomène.
Une découverte sur l’intrication des quarks et gluons
En scrutant l’intérieur des protons, les chercheurs ont confirmé que les quarks et les gluons, qui sont les composants de ces particules, sont enchevêtrés de manière quantique. Ce phénomène implique que deux particules intriquées partagent instantanément des informations, même à des distances considérables. Albert Einstein avait rejeté cette idée, la qualifiant d’« action étrange à distance », mais des expériences ont depuis prouvé que cet effet, appelé « rupture de localité », est bien réel.
Si ce phénomène a déjà été observé dans certaines expériences, il n’avait jamais été détecté à l’intérieur des protons, jusqu’à aujourd’hui. En étudiant des protons, une équipe de scientifiques a découvert que quarks et gluons étaient intriqués à l’intérieur de ces particules, sur une échelle aussi petite qu’un quadrillionième de mètre. Cette intrication permet aux particules de partager des informations à travers tout le proton. Les résultats ont été publiés dans la revue Reports on Progress in Physics.
Zhoudunming Tu, l’un des auteurs de l’étude et physicien au Brookhaven National Laboratory, a expliqué que la compréhension traditionnelle du proton, vue comme une simple combinaison de quarks et de gluons, a été bouleversée. L’intrication révèle un système plus complexe et dynamique qu’on ne l’imaginait.
Les enjeux théoriques et expérimentaux de l’intrication quantique
L’intrication quantique, bien que théoriquement comprise depuis les années 1970, reste un phénomène difficile à observer de manière directe, surtout dans des systèmes aussi complexes que les hadrons. Les quarks ne se trouvent jamais seuls, ils forment des hadrons comme les protons et neutrons, et sont maintenus ensemble par les gluons, des particules qui transmettent la force nucléaire forte. Lorsque ces quarks sont extraits des hadrons, ils deviennent instables et se fragmentent, créant des jets de particules qui compliquent l’observation directe de leur état d’origine.
Les chercheurs ont utilisé des données provenant des célèbres accélérateurs de particules, le LHC (Grand collisionneur de hadrons) et le HERA (accélérateur à anneau de hadrons et d’électrons), pour examiner de plus près la structure des protons. En combinant ces données avec des concepts issus de la science de l’information quantique, ils ont pu mesurer l’entropie des particules et prouver que les quarks et les gluons à l’intérieur des protons étaient effectivement enchevêtrés, partageant un maximum d’informations.
Les chercheurs ont donc dû développer des techniques novatrices pour surmonter ces défis expérimentaux. En mesurant l’entropie, un paramètre lié à l’ordre ou au désordre d’un système, ils ont pu démontrer que l’intrication quantique est bien présente dans les interactions internes des protons. Cette méthode permet de mieux comprendre comment les particules subatomiques interagissent et comment elles sont organisées au sein des protons.
Vers une meilleure compréhension des noyaux atomiques
L’étude ouvre la voie à de nouvelles questions sur la manière dont l’intrication quantique pourrait affecter la structure des noyaux atomiques. Les noyaux sont composés de protons et de neutrons, qui eux-mêmes contiennent des quarks et des gluons enchevêtrés. Les scientifiques s’interrogent désormais sur les effets de l’intrication à cette échelle plus grande, notamment sur la stabilité et les interactions des noyaux atomiques.
Les chercheurs prévoient d’explorer plus en détail ces questions en utilisant des collisions d’électrons et d’ions dans des expériences futures. « Nous prévoyons d’utiliser des collisions d’électrons et d’ions pour étudier cette question plus en profondeur, et des collisions ultra-périphériques dans les collisions d’ions lourds pourraient également offrir des informations intéressantes à cet égard », a précisé Zhoudunming Tu.
Par ailleurs, des physiciens réalisent une intrication quantique record.
Par Eric Rafidiarimanana, le
Source: Live Science
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