Pourquoi le neutron est-il plus lourd que le proton ?

Des deux constituants des noyaux atomiques, le neutron est très légèrement plus massif que le proton. Et cette différence minime (0,14 %), mesurée expérimentalement, est cruciale pour comprendre comment ces noyaux se sont assemblés dans l’Univers primordial : un écart à peine supérieur ou inférieur aurait conduit à un univers radicalement différent du nôtre. À l’aide de superordinateurs parmi les plus performants au monde¹, une équipe de physiciens principalement de France (au Centre de physique théorique– CNRS/Aix-Marseille Université/Université de Toulon), d’Allemagne et de Hongrie, a pour la première fois calculé cette différence de masse directement à partir du modèle standard de la physique des particules. Les scientifiques ont ainsi confirmé que cet écart résulte d’une compensation partielle entre deux effets contraires : les quarks qui composent le neutron sont en moyenne plus lourds que ceux qui composent le proton, même si la masse associée à l’énergie du champ électrique² créé par le proton (muni d’une charge positive) alourdit ce dernier par rapport au neutron (électriquement neutre).

 Source: numéro du 27 mars de la revue Science

¹ des supercalculateurs capables de millions de milliards d’opérations par seconde, situés au Forschungszentrum Jülich (Allemagne) et à l’Institut du développement et des ressources en informatique scientifique (IDRIS - CNRS), à Orsay.

² énergie et masse sont reliées selon la célèbre formule E = mc² (où c désigne la vitesse de la lumière).