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La collaboration multinationale BASE au CERN est spécialisée dans la comparaison entre protons et antiprotons.

Maximilien Brice/CERN

(sda-ats)

Le CERN a annoncé mercredi la mesure la plus précise jamais effectuée du moment magnétique de l'antiproton, qui permet une comparaison entre matière et antimatière. Ce résultat constitue le point culminant de dix ans de travail acharné, a commenté l'institution.

À l'échelle des particules élémentaires, il existe une symétrie presque parfaite entre matière et antimatière, a indiqué l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) dans un communiqué. 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.

La mesure effectuée par la collaboration BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) 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 six la précision des meilleures mesures réalisées à ce jour.

Usine à antimatière

BASE utilise des antiprotons provenant de l'usine à antimatière du CERN, unique en son genre, le Décélérateur d'antiprotons. Elle 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.

Au-dessous du zéro absolu

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, souligne le CERN.

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.

Toujours plus précis

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 utilisée actuellement, et elle supposera plusieurs étapes supplémentaires", commente Hiroki Nagahama, premier auteur de ces travaux publiés dans la revue Nature Communications.

ATS