Le proton est une particule composite contenant des quarks et des gluons dont l'organisation peut être décrite sous forme de « distributions de partons généralisées » ou GPD. Celles-ci contiennent des informations croisées sur la quantité de mouvement et la position des quarks et des gluons au sein du proton.
Au Jefferson Lab, les physiciens étudient le proton en envoyant un faisceau d'électrons accélérés sur une cible en hydrogène liquide. L'électron et le proton échangent alors un photon dont la longueur d'onde est suffisamment petite pour que le photon interagisse avec un quark à l'intérieur du proton, et non pas avec le proton entier.
Les chercheurs mesurent les GPD en analysant les interactions entre photon et proton qui produisent une particule donnée (photon, pion, etc.), tout en laissant le proton intact. Selon la particule produite, ils sondent de manière préférentielle différentes saveurs de quarks ou GPD. Or, en variant l'énergie de l'électron incident, les chercheurs de l'Irfu ont isolé pour la première fois la contribution d'une polarisation particulière du photon à la production exclusive de pion neutre. Cet « éclairage » nouveau leur a permis d'accéder à des GPD inédites, une sorte de face cachée du proton.
Ces travaux résultent d'une collaboration avec l'Institut de physique nucléaire d'Orsay (CNRS) et du Jefferson Lab (États-Unis).