Une expérience du CERN annonce une mesure améliorée d’un facteur 6 du moment magnétique de l’antiproton

BASE
Stefan Ulmer, porte-parole de la Collaboration BASE, pose devant l'expérience BASE. (Image: CERN)

Genève, le 18 janvier 2017. Dans un article publié aujourd’hui dans la revue Nature Communications, la collaboration BASE au CERN1 annonce la mesure la plus précise jamais effectuée du moment magnétique de l’antiproton, qui permet une comparaison fondamentale entre matière et antimatière. La mesure effectuée par BASE montre que les moments magnétiques du proton et de l’antiproton, de signe opposé, sont identiques en valeur absolue, dans les limites de l’incertitude expérimentale de 0,8 millionièmes. Ce résultat améliore, d’un facteur 6, la précision des meilleures mesures réalisées à ce jour, à savoir celles effectuées en 2013 par la collaboration ATRAP, une autre expérience menée au CERN.

À l’échelle des particules élémentaires, il existe une symétrie presque parfaite entre matière et antimatière. À l’échelle cosmologique, en revanche, la matière est prépondérante par rapport à l’antimatière. Pour comprendre cette contradiction fondamentale, il est impératif que les scientifiques comparent les propriétés des particules et des antiparticules correspondantes avec une grande précision.

BASE utilise des antiprotons provenant de l’usine à antimatière du CERN, unique en son genre, le Décélérateur d’antiprotons (AD). BASE est conçue spécifiquement pour effectuer des mesures de précision des particules d’antimatière correspondant aux particules de matière ordinaire. Le moment magnétique, qui détermine comment une particule se comporte lorsqu’elle est soumise à un champ magnétique, est l’une des caractéristiques intrinsèques des particules les plus étudiées. Même si différentes particules ont des comportements magnétiques différents, les moments magnétiques des protons et des antiprotons sont supposés ne différer que par leur signe, en vertu de ce qu’on appelle la symétrie charge-parité-temps. Toute différence dans les valeurs mesurées remettrait en question le Modèle standard de la physique des particules et pourrait ouvrir des perspectives sur une nouvelle physique.

Pour effectuer ces expériences, la collaboration BASE refroidit des antiprotons à une température extrêmement froide d’environ 1 degré au-dessus du zéro absolu, et les piège au moyen de « récipients » électromagnétiques sophistiqués grâce auxquels les particules n’entrent pas en contact avec de la matière, ce qui les conduirait à s’annihiler. (C’est grâce à un tel dispositif que BASE a réussi récemment à stocker un paquet d’antiprotons pendant plus d’un an). Depuis ce dispositif, les antiprotons sont amenés un par un dans d’autres pièges, où leur comportement, lorsqu’ils sont soumis à des champs magnétiques, permet aux chercheurs de déterminer leur moment magnétique intrinsèque. Des techniques similaires ont déjà été appliquées avec succès par le passé à des électrons et à leurs équivalents en antimatière, les positons, mais elles sont beaucoup plus difficiles à appliquer aux antiprotons, dont le moment magnétique  est beaucoup plus faible. Pour effectuer cette nouvelle mesure, les équipes de l’expérience BASE ont dû recourir à un « récipient » magnétique spécialement conçu à cet effet, mille fois plus puissant que celui utilisé dans les expériences à électrons/positons.

 « Cette mesure constitue pour le moment le point culminant de dix ans de travail acharné de l’équipe BASE, a déclaré Stafan Ulmer, porte-parole de la collaboration BASE. De même que d’autres expériences auprès du Décélérateur d’antimatière, nous sommes en train de progresser rapidement dans notre compréhension de l’antimatière. » 

BASE prévoit maintenant de mesurer le moment magnétique de l’antiproton au moyen d’une nouvelle technique de piégeage, qui devrait permettre une précision de l’ordre de quelques milliardièmes – soit une amélioration d’un facteur 200 à 800. « L’application de cette méthode sera beaucoup plus difficile que celle de la méthode utilisée actuellement, et elle supposera plusieurs étapes supplémentaires », a déclaré Hiroki Nagahama, premier auteur cité.

 

Informations supplémentaires:

Lien vers l’article dans la revue Nature Communications:

http://dx.doi.org/10.1038/ncomms14084

Photos de l’expérience BASE: https://cds.cern.ch/record/2242307

 

 

 

 

Footnote(s)

1. Le CERN, Organisation européenne pour la Recherche nucléaire, est le plus éminent laboratoire de recherche en physique des particules du monde. Il a son siège à Genève. Ses États membres sont les suivants : Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Israël, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République tchèque, Roumanie, Royaume-Uni, Slovaquie, Suède et Suisse. Chypre et la Serbie sont États membres associés en phase préalable à l’adhésion. L’Inde, le Pakistan, la Turquie et l'Ukraine sont États membres associés. Les États-Unis d’Amérique, la Fédération de Russie, le Japon, le JINR, l’UNESCO et l’Union européenne ont actuellement le statut d'observateur.

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