Les protons et les neutrons du noyau atomique possèdent chacun trois quarks « up » ou « down », et bien davantage en réalité, car d’innombrables paires quark-antiquark s‘y font et défont continuellement. Or les physiciens soupçonnent qu’ils recèlent aussi une part de quarks strange qu’il leur reste à préciser pour interpréter correctement les propriétés des nucléons.
Pour étudier cette composante discrète du nucléon, il leur faut emprunter des chemins de traverse : la fragmentation du nucléon. En bombardant une cible de protons avec un muon (une particule assimilable à un électron « lourd »), ils produisent des particules comportant deux quarks des protons dont l’un est strange (kaons). Les chercheurs peuvent ainsi accéder à des informations sur le quark strange (kaons chargés positivement) ou sur l’antiquark strange (kaons chargés négativement).
À l’initiative de l’Irfu, la collaboration internationale Compass (Common Muon and Proton Apparatus for Structure and Spectroscopy) au Cern a effectué des mesures de haute précision pour identifier et caractériser ces kaons grâce à des détecteurs développés par l’Irfu (détecteurs à microstructures Micromegas et chambres à dérive de grande taille notamment). Elle a pu en déduire des contraintes sur la structure du proton en relation avec les quarks strange et sur les mécanismes de production de particules composées de quarks strange.
Les quarks strange sont soupçonnés de contribuer significativement au spin du nucléon. Cette étude devrait faire permettre de progresser sur cette question.