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Des physiciens mesurent la force nucléaire faible pour la toute première fois

Crédits : Pixabay / geralt

Une récente expérience révolutionnaire permettait il y a quelques semaines, et pour la première fois, la mesure précise d’une force entre des électrons et des protons, appelée force nucléaire faible.

Des physiciens ont récemment profité d’une étrange bizarrerie de la physique des particules pour obtenir une mesure solide de l’une des quatre forces fondamentales de la nature. Parmi elles vous retrouverez la gravité, celle qui nous maintient au sol. Mais avant toute chose, c’est celle qui permet l’attraction des corps sous l’effet de leur masse. L’autre force que nous connaissons bien est l’électromagnétisme, qui voit les charges opposées des protons et des électrons s’attirer par la médiation de particules légères, appelées photons.

Ensuite, il y a la force nucléaire forte, agissant sur de minuscules distances pour lier des particules appelées quarks en protons et neutrons, via le passage d’une particule appelée gluon. Enfin, il existe une étrange petite force “nucléaire faible”, qui transforme les neutrons en protons. C’est notamment elle qui est à l’origine de la fusion nucléaire dans les étoiles. Mais mesurer cet effet s’est avéré difficile, « parce que la force faible est vraiment beaucoup plus faible que l’électromagnétique », explique Ross Young de l’Université d’Adélaïde (Australie). L’astuce consistait ici à profiter d’une découverte étrange faite dans les années 1950.

On a longtemps cru que les lois de la nature étaient identiques entre deux situations qui seraient le reflet l’une de l’autre dans un miroir. Cette loi de parité était respectée pour les trois premières forces, mais dans les années 1950, Chen Ning Yang et Tsung-Dao Lee suggèrent alors que l’interaction faible violait cette symétrie dans un phénomène appelé chilarité. Cette interaction agit  alors seulement sur les particules de gauche – celles de droite n’y étant pas sensibles. Dans la situation miroir, la chiralité change et donc l’interaction n’agit pas sur les mêmes particules.

En faisant tourner les électrons dans l’une des deux directions et en les jetant sur les protons, on les fait alors “ricocher” d’une manière précise, selon la direction ou hélicité de leur rotation. « La différence entre les deux configurations d’hélicité est de moins de 300 pour chaque milliard d’électrons dispersés », explique Young. « En mesurant cette minuscule différence très précisément, nous avons pu déterminer la charge faible du proton ».

La valeur 0,0719 ne signifie pas grand-chose pour la plupart d’entre nous, mais cette mesure, rapportée dans la revue Nature et conforme aux prévisions, renforce une fois de plus le modèle standard de la physique des particules. Ce résultat est susceptible de réduire les options dans la recherche actuellement en cours de nouveaux types de particules et de forces encore inconnues.

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