En utilisant une méthode appelée spectroscopie atomique, une équipe internationale de physiciens a produit une nouvelle valeur pour le rayon de charge de la particule α, le noyau de l’atome d’hélium 4.
La trace d’une particule α obtenue par le physicien nucléaire Wolfhart Willimczik avec sa chambre à étincelles spécialement conçue pour les particules α.
La particule α, le noyau de l’hélium 4 (4He), est constitué de deux protons et de deux neutrons, étroitement liés par la force nucléaire forte.
C’est l’un des noyaux atomiques les plus étudiés et ses propriétés sont d’une grande importance pour la compréhension des forces nucléaires et le développement de la physique nucléaire moderne.
Sa simplicité fait de la particule α une cible favorable pour une variété d’études de précision.
“Le noyau d’hélium est un noyau très fondamental, que l’on pourrait qualifier de magique”, a déclaré le Dr Aldo Antognini, physicien à l’Institut de physique des particules et d’astrophysique de l’ETH Zurich et de l’Institut Paul Scherrer.
Randolf Pohl, physicien à l’Institut Max Planck d’optique quantique et à QUANTUM à l’Université Johannes Gutenberg de Mayence, a déclaré : “Nos connaissances antérieures sur le noyau d’hélium proviennent d’expériences avec des électrons”.
“Cependant, nous avons pour la première fois développé un nouveau type de méthode de mesure qui permet une bien meilleure précision.”
Pour leurs mesures, ils ont utilisé des muons – des particules très similaires aux électrons mais 200 fois plus massives.
“L’idée derrière nos expériences est simple”, a déclaré le Dr Antognini.
“Normalement, deux électrons chargés négativement orbitent autour du noyau d’hélium chargé positivement”.
“Nous ne travaillons pas avec des atomes normaux, mais avec des atomes exotiques dans lesquels les deux électrons ont été remplacés par un seul muon.”
“Ainsi, avec l’hélium muonique, nous pouvons tirer des conclusions sur la structure du noyau atomique et mesurer ses propriétés.”
Les chercheurs ont mesuré le rayon de charge de la particule α à 1,67824 femtomètres.
“Nous présentons la mesure de deux transitions 2S-2P dans l’ion hélium-4 muonique qui donne une détermination précise du rayon de charge de la particule α de 1,67824(83) femtomètres”, ont-ils déclaré.
“Cette détermination à partir de la spectroscopie atomique est en excellent accord avec la valeur issue de la diffusion d’électrons, mais d’un facteur 4,8 plus précis, fournissant un point de référence pour les théories à quelques nucléons, la chromodynamique quantique en réseau et la diffusion d’électrons.”
Les résultats sont rapportés dans le journal Nature.
