Les neutrons isolés peuvent brièvement « parler » entre eux dans un nouveau type de symétrie

Bien que les neutrons aiment s’associer aux protons pour former le noyau d’un atome, les particules ont toujours été connues pour leur réticence à se lier les unes aux autres. Mais selon une nouvelle théorie proposée, ces particules peuvent communiquer sous certaines conditions, formant un nouveau type de « particule » – ce qui pourrait fournir la preuve d’un nouveau type de symétrie en physique.

Dam Thanh Son, professeur de physique à l’Université de Chicago, a avancé l’argument dans une étude publiée dans Actes de l’Académie nationale des sciences, qui a été co-écrit avec Hans-Werner Hammer de l’Université technique de Darmstadt en Allemagne.

La nouvelle étude s’inspire d’une idée proposée pour la première fois en 2007 par le professeur de Harvard Howard Georgie, qui a suggéré qu’il pourrait y avoir un phénomène au-delà de notre idée traditionnelle de la matière.

« Tout autour de nous est fait de particules – un point localisé dans l’espace qui peut transporter de l’énergie – mais son idée était que dans la nature, il pourrait y avoir quelque chose qui transporte de l’énergie, mais c’est moins fragile et plus flou », a déclaré Son. « Il a comiquement appelé ce concept une » unparticule « . »

Son et Hammer voulaient essayer d’appliquer ce concept pour comprendre le comportement des particules dans les noyaux des atomes – en particulier plus noyaux étranges, qui clignotent et s’évanouissent lors d’événements violents dans l’univers, comme lorsque des étoiles explosent. « Nous ne connaissons qu’une fraction de ces noyaux étranges », a déclaré Son.

Pour étudier ces étranges noyaux atomiques sur Terre, des scientifiques écrasent des noyaux lourds les uns contre les autres dans des accélérateurs. Ce qui sort est un nouveau noyau et un barrage de neutrons. Son et Hammer notent que pendant que les neutrons s’écoulent et s’éloignent, quelques neutrons voyageant dans la même direction peuvent continuer à « parler » entre eux, même après que les autres aient cessé d’interagir. Ce contact constant entre les neutrons peut former un mystérieux « noyau », qui a ses propres caractéristiques distinctes des noyaux naturels.

Pour avoir une idée de ce mystère, Son a dit: « C’est un peu comme la différence entre frapper une pierre et frapper un jet d’eau. » Ils sont tous deux porteurs d’énergie, mais le look est différent.

Dans leur nouvelle étude, Son et Hammer expliquent comment et où chercher des preuves de ces « noyaux » dans les accélérateurs, et une explication générale pour un domaine de ce qu’ils appellent la « physique non nucléaire ».

Les scientifiques ont déclaré que cela pourrait être une manifestation d’un type de symétrie appelé symétrie conformationnelle. Les symétries sont fondamentales pour la physique moderne. Ce sont des traits communs qui restent même lorsque le système change – dont le plus célèbre est que la vitesse de la lumière est constante dans tout l’univers.

Dans la symétrie conforme, l’espace est déformé, mais tous les angles restent inchangés. Par exemple, lorsque l’on dessine une carte 2D de la Terre entière en 3D, il est impossible de maintenir toutes les distances et tous les angles en même temps. Cependant, certaines cartes, comme la version populaire dessinée pour la première fois par Gerardus Mercator, sont dessinées de manière à ce que tous les angles restent droits, mais au prix d’une distorsion importante des distances près des pôles.

« Cette symétrie conformationnelle n’apparaît pas dans le modèle standard de physique, mais elle apparaît dans la proposition » unparticule « de Georgi, et elle apparaît également ici », a déclaré Son. Le pourcentage d’énergie que chaque particule transporte dans le « noyau » reste inchangé même si la distance entre elles change.

« Ce fut une surprise pour moi, car exceptionnellement pour la physique nucléaire, ces résultats semblent avoir une certaine universalité », a déclaré Son. Autrement dit, contrairement à de nombreux calculs en physique qui dépendent de la précision même des plus petits détails et nombres, « ces nombres ne sont pas du tout sensibles aux détails », a-t-il déclaré.

Parce que les calculs sont si puissants même si certains détails manquent, Son a déclaré que si l’argument est confirmé, les physiciens pourraient être en mesure d’utiliser ces formules pour vérifier d’autres calculs.

Lui et Hammer ont également noté que ce comportement peut se produire lorsque les atomes sont refroidis à des températures extrêmement basses et dans des particules exotiques appelées tétraquarks, qui sont composées de deux quarks et de deux antiquarks.

« Il est intéressant de travailler sur un problème qui pourrait avoir des conséquences dans de nombreux domaines La physiquedit mon fils.