Dans un article publié cette semaine dans la revue Naturela collaboration BASE au CERN rapporte la mesure la plus précise jamais réalisée du moment magnétique de l’antiproton. La nouvelle mesure surpasse la meilleure mesure précédente d’un facteur 350 en précision expérimentale.
Impression d’artiste d’un nuage d’antihydrogène piégé – atomes composés d’antiprotons et de positrons. Crédit image : Chukman So.
On a découvert que le moment magnétique de l’antiproton est de 2.7928473441(42), à comparer au chiffre de 2,792847350(9) que la même collaboration de chercheurs a trouvé pour le proton en 2014.
Les résultats sont cohérents avec l’égalité des moments magnétiques du proton et de l’antiproton, l’incertitude expérimentale de la nouvelle mesure de l’antiproton étant désormais nettement inférieure à celle des protons.
“Notre valeur actualisée est cohérente avec le moment magnétique du proton, et soutient ainsi l’invariance combinée de la charge, de la parité et de l’inversion du temps (CPT), une symétrie importante du modèle standard de la physique des particules”, ont déclaré les membres de la collaboration BASE.
“De façon remarquable, c’est la première fois que les physiciens ont effectué une mesure plus précise sur les antiprotons que sur les protons”.
“Avec les nouveaux résultats passionnants sur l’antihydrogène, cette réalisation majeure est une démonstration des immenses progrès réalisés dans l’installation du décélérateur d’antiprotons du CERN.”
Pour effectuer la mesure, les physiciens ont utilisé une nouvelle méthode élégante de mesure à deux particules.
“Cette amélioration extraordinaire de la précision expérimentale a été rendue possible par l’invention d’une nouvelle méthode de mesure multi-pièges à deux particules”, ont-ils déclaré.
“Le système implique le piégeage et la mesure simultanés dans un champ magnétique uniforme de deux antiprotons distincts – l’un mesuré à une température relativement élevée d’environ 350 degrés Kelvin (une température équivalente à celle de l’eau chaude) – et l’autre à seulement 0,15 K (extrêmement proche du zéro absolu).”
“Le premier antiproton est utilisé pour calibrer le champ magnétique, en mesurant une propriété appelée ‘fréquence cyclotron’, tandis que l’autre est utilisé pour mesurer une qualité connue sous le nom de fréquence de Larmor, qui examine la précession du spin de la particule, permettant ainsi des mesures précises du moment magnétique.”
“Ce résultat est l’aboutissement de nombreuses années de recherche et de développement continus, et la réussite de l’une des mesures les plus difficiles jamais réalisées dans un instrument à piège de Penning”, a déclaré le Dr Stefan Ulmer, porte-parole de la collaboration BASE.
“C’est probablement la première fois que les physiciens obtiennent une mesure plus précise pour l’antimatière que pour la matière, ce qui démontre les progrès extraordinaires accomplis au Décélérateur d’antiprotons du CERN”, a ajouté l’auteur principal, le Dr Christian Smorra, du laboratoire RIKEN au Japon.
“Toutes nos observations révèlent une symétrie complète entre la matière et l’antimatière, ce qui explique pourquoi l’Univers ne devrait pas exister en réalité”, a-t-il ajouté.
“Une asymétrie doit exister ici quelque part, mais nous ne comprenons tout simplement pas où se trouve la différence. Quelle est la source de la rupture de symétrie ?”
“Nous voulons maintenant utiliser des mesures encore plus précises des propriétés du proton et de l’antiproton pour trouver une réponse à cette question”, ont déclaré les chercheurs.
“Nous prévoyons de développer d’autres méthodes innovantes au cours des prochaines années et d’améliorer les résultats actuels.”
