Les physiciens de l’expérience ALICE au Grand collisionneur de hadrons du CERN ont mesuré la différence entre les rapports masse/charge des antideutérons et des deutérons (un proton, ou noyau d’hydrogène, avec un neutron supplémentaire), ainsi que des noyaux d’antihélium 3 et des noyaux d’hélium 3 (deux protons plus un neutron).
Le détecteur ALICE. Crédit image : Mona Schweizer / ALICE / CERN.
Le nouveau résultat, rapporté en ligne dans le journal Nature Physicsconfirme la symétrie fondamentale connue sous le nom de CPT dans ces noyaux légers.
Cette symétrie de la nature implique que toutes les lois de la physique sont les mêmes sous l’inversion simultanée des charges (conjugaison des charges C), la réflexion des coordonnées spatiales (transformation de parité P) et l’inversion du temps (T).
Ce résultat, qui intervient exactement cinquante ans après la découverte de l’antideutéron au CERN et aux États-Unis, améliore les mesures existantes d’un facteur 10-100.
L’expérience ALICE (A Large Ion Collider Experiment) enregistre les collisions à haute énergie d’ions plomb au Grand collisionneur de hadrons, ce qui lui permet d’étudier la matière à des températures et des densités extrêmement élevées. Les collisions plomb-ion constituent une source abondante de particules et d’antiparticules, et les noyaux et les antinoyaux correspondants sont produits à des taux presque égaux.
Ceci permet à ALICE de faire une comparaison détaillée des propriétés des noyaux et des antinoyaux qui sont produits le plus abondamment.
L’expérience effectue des mesures précises de la courbure des traces des particules dans le champ magnétique du détecteur et du temps de vol des particules, et utilise ces informations pour déterminer les rapports masse/charge des noyaux et des antinoyaux.
Mesures de la différence du rapport masse sur charge entre deutéron et antideutéron (en haut) et hélium-3 et antihélium-3 (en bas) en fonction de la rigidité de la particule. Crédit image : J. Adam et al.
“La haute précision de notre détecteur de temps de vol, qui détermine le temps d’arrivée des particules et des antiparticules avec une résolution de 80 picosecondes, associée à la mesure de la perte d’énergie fournie par notre chambre de projection temporelle, nous permet de mesurer un signal clair pour les deutérons/antideutérons et l’hélium-3/antihélium-3 sur une large gamme de momentum”, a déclaré le Dr Paolo Giubellino, porte-parole de la collaboration ALICE.
Les différences mesurées dans les rapports masse/charge sont compatibles avec zéro dans les incertitudes estimées, en accord avec les attentes pour la symétrie CPT.
Ces mesures, ainsi que celles qui comparent les protons aux antiprotons, peuvent contraindre davantage les théories qui vont au-delà du modèle standard existant des particules et des forces par lesquelles elles interagissent.
