Les physiciens de la collaboration ACME (Advanced Cold Molecule Electron Electric Dipole Moment) ont examiné la forme de la charge d’un électron avec une précision sans précédent pour confirmer qu’elle est extrêmement ronde. Le résultat, rapporté dans la revue Natureconfirme la solidité du modèle standard de la physique des particules et semble obliger plusieurs théories alternatives à être révisées.
Dans cette représentation artistique, un électron est en orbite autour du noyau d’un atome, tournant autour de son axe tandis qu’un nuage d’autres particules subatomiques est constamment émis et réabsorbé. Crédit image : Nicolle R. Fuller, National Science Foundation.
Le modèle standard décrit la plupart des forces et particules fondamentales de l’Univers.
Le modèle est une image mathématique de la réalité, et aucune expérience de laboratoire réalisée à ce jour ne l’a contredit. Cette absence de contradiction laisse les physiciens perplexes depuis des décennies.
“Le modèle standard tel qu’il est ne peut pas être correct car il ne peut pas prédire pourquoi l’Univers existe. C’est une énorme faille”, a déclaré le professeur Gerald Gabrielse de l’université Northwestern, membre de la collaboration ACME.
Tentant de “réparer” le modèle standard, de nombreux modèles alternatifs prédisent que la sphère apparemment uniforme d’un électron est en fait écrasée de manière asymétrique.
L’un de ces modèles, appelé le modèle supersymétrique, postule que des particules subatomiques lourdes et inconnues influencent l’électron pour modifier sa forme parfaitement sphérique – un phénomène non prouvé appelé “moment dipolaire électrique”.
Ces particules lourdes non découvertes pourraient être responsables de certains des mystères les plus flagrants de l’Univers et pourraient peut-être expliquer pourquoi l’Univers est fait de matière et non d’antimatière.
“Presque tous les modèles alternatifs disent que la charge de l’électron pourrait bien être écrasée, mais nous ne l’avons pas examiné de manière assez sensible. C’est pourquoi nous avons décidé d’y regarder avec une précision plus grande que jamais auparavant”, a déclaré le professeur Gabrielse.
Les chercheurs de l’ACME ont sondé cette question en envoyant un faisceau de molécules froides d’oxyde de thorium dans une chambre de la taille d’un grand bureau. Ils ont ensuite étudié la lumière émise par les molécules.
Une lumière vrillée indiquerait un moment de dipôle électrique. Lorsque la lumière ne s’est pas tordue, les scientifiques ont conclu que la forme de l’électron était en fait ronde, confirmant ainsi la prédiction du modèle standard.
Aucune preuve d’un moment de dipôle électrique signifie aucune preuve de ces hypothétiques particules plus lourdes.
Si ces particules existent, leurs propriétés diffèrent de celles prédites par les théoriciens.
“Si nous avions découvert que la forme n’était pas ronde, cela aurait été le plus gros titre de la physique de ces dernières décennies”, a noté le professeur Gabrielse.
“Mais notre découverte reste tout aussi importante sur le plan scientifique car elle renforce le modèle standard de la physique des particules et exclut les modèles alternatifs.”
“Notre résultat indique à la communauté scientifique que nous devons sérieusement repenser certaines des théories alternatives”, a ajouté le professeur David DeMille de l’université de Yale, membre de la collaboration ACME.
“C’est un développement passionnant pour la physique des particules”, a déclaré John Doyle, membre de l’équipe ACME, de l’Université de Harvard.
“Les mesures quantiques à l’échelle de la pièce contribuent à faire avancer la frontière de la physique des particules et à sonder les principales théories sur l’existence de la matière dans notre Univers.”
