Une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de l’Université de Harvard a mesuré le moment magnétique de l’antiproton avec plus de précision que jamais auparavant.
Annihilation d’un antiproton. Un antiproton entre en collision avec un neutron à la surface d’un noyau (P. Lubinski, Université de Varsovie / G. Brumfiel).
“C’est un saut spectaculaire dans la précision pour toute qualité fondamentale des mesures de l’antiproton. C’est un saut que l’on ne voit pas souvent en physique, du moins pas en une seule étape”, a déclaré le professeur Gerald Gabrielse du département de physique de l’université Harvard, co-auteur de l’étude publiée dans Physical Review Letters.
Les physiciens ont réussi à capturer des protons et des antiprotons individuels dans un “piège” créé par des champs électriques et magnétiques. En mesurant précisément les oscillations de chaque particule, ils ont pu mesurer le magnétisme d’un proton avec plus de 1 000 fois plus de précision que ce qui avait été mesuré auparavant. Des tests similaires avec des antiprotons ont permis de multiplier par 680 la précision de la taille de l’aimant dans un antiproton.
“De telles mesures, a déclaré le professeur Gabrielse, pourraient un jour aider les scientifiques à répondre à une question qui semble plus adaptée à la classe de philosophie qu’au laboratoire de physique : pourquoi sommes-nous ici ?”
“L’un des grands mystères de la physique est de savoir pourquoi notre Univers est constitué de matière. Selon nos théories, la même quantité de matière et d’antimatière a été produite lors du Big Bang. Lorsque la matière et l’antimatière se rencontrent, elles sont annihilées. Alors que l’Univers se refroidit, le grand mystère est le suivant : Pourquoi toute la matière n’a-t-elle pas trouvé l’antimatière et annihilé les deux ? Il y a beaucoup de matière et plus d’antimatière, et nous ne savons pas pourquoi.”
La réalisation de mesures précises des protons et des antiprotons pourrait commencer à répondre à ces questions en apportant un nouvel éclairage sur l’exactitude du théorème CPT (conjugaison des charges, transformation de la parité, inversion du temps). Issue du modèle standard de la physique des particules, la CPT stipule que les protons et les antiprotons devraient être virtuellement identiques – avec la même magnitude de charge et de masse – tout en ayant des charges opposées.
“Bien que des expériences antérieures, qui ont mesuré le rapport charge-masse des protons et des antiprotons, aient vérifié les prédictions de la CPT”, a déclaré le professeur Gabrielse, “des recherches supplémentaires sont nécessaires car le modèle standard ne tient pas compte de toutes les forces, telles que la gravité, dans l’Univers.”
Ce que nous voulions faire avec ces expériences, c’était de dire : “Prenons un système simple – un seul proton et un seul antiproton – et comparons leurs relations prédites, et voyons si nos prédictions sont correctes”. En fin de compte, ce que nous apprendrons pourra nous donner un aperçu de la façon d’expliquer ce mystère.”
Alors que les chercheurs ont pu capturer et mesurer les protons avec une relative facilité, les antiprotons ne sont produits que par des collisions à haute énergie qui ont lieu dans les vastes tunnels du laboratoire du CERN à Genève, laissant les chercheurs face à un choix difficile.
“L’année dernière, nous avons publié un rapport montrant que nous pouvions mesurer un proton avec beaucoup plus de précision que jamais auparavant”, a déclaré le professeur Gabrielese. “Mais une fois que nous l’avons fait, nous avons dû prendre une décision : voulions-nous prendre le risque de déplacer notre personnel et tout notre appareil – des caisses et des caisses d’électronique et un appareil de piégeage très délicat – au CERN et essayer de faire la même chose avec des antiprotons ? Les antiprotons ne seraient disponibles que jusqu’à la mi-décembre, puis ne le seraient plus pendant un an et demi.”
Bien que leurs résultats restent conformes aux prédictions du modèle standard, le professeur Gabrielse a déclaré que le fait de pouvoir mesurer avec plus de précision les caractéristiques de la matière et de l’antimatière pourrait encore contribuer à jeter un nouvel éclairage sur le fonctionnement de l’Univers.
“Ce qui est également très excitant dans cette percée, c’est qu’elle nous prépare maintenant à poursuivre sur cette voie. Je suis persuadé que, compte tenu de ce début, nous allons pouvoir augmenter la précision de ces mesures d’un autre facteur de 1 000, voire de 10 000.”
