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Des physiciens mesurent avec précision le “moment magnétique” des protons

Crédits : Roy Bury/Pixabay

Une équipe internationale de scientifiques affirme avoir, il y a quelques semaines, mesuré avec une précision inégalée le moment magnétique d’un proton. Des mesures qui permettront, peut-être un jour, de percer l’un des plus grands mystères de l’Univers.

En physique, le moment magnétique est une grandeur vectorielle qui permet de caractériser l’intensité d’une source magnétique. Appliqué aux protons, il incarne une propriété fondamentale de la structure atomique. Des chercheurs du laboratoire Ulmer Fundamental Symmetries (FSL) de RIKEN, de la Johannes Gutenberg-Universität Mainz et de l’Institut Max Planck de physique nucléaire à Heidelberg, en Allemagne, viennent de pulvériser ce record de mesure d’un proton fondamental. Pour ce faire, les chercheurs ont dû isoler un seul proton.

Après avoir isolé une poignée de particules dans un piège Penning, les chercheurs ont réussi à détecter le signal thermique des ions et ont ensuite utilisé un champ électrique pour éliminer les protons jusqu’à ce qu’il n’en reste plus qu’un seul. Une fois piégé, celui-ci va ensuite synchroniser son spin avec le champ magnétique à l’intérieur du piège. Le détecteur a alors mesuré deux fréquences : la fréquence cyclotron du proton dans un champ magnétique et la fréquence de Larmor (spin-procession). Ensemble, ces deux fréquences ont permis de déterminer le moment magnétique : 2,79284734462, à plus ou moins 0,00000000082 magnétons nucléaires (l’unité typique pour mesurer cette propriété).

Cela ne vous dit peut-être pas grand-chose, mais Georg Schneider, premier auteur de l’étude, affirme que le travail « nous permettra de mieux comprendre, par exemple, la structure atomique ». Pour Andreas Mooser, coauteur de l’étude, « nous serons bientôt capables, grâce à cette technique, de réaliser des mesures aussi précises de l’antiproton lors des expériences menées au CERN ». De quoi nous donner quelques indices supplémentaires pouvant expliquer l’absence d’antimatière dans l’Univers aujourd’hui.

Il y a quelques mois le proton perdait également un peu de sa masse. Du moins, des mesures trois fois plus précises qu’auparavant constataient en effet que la particule subatomique était finalement un trente milliardième de pour cent plus légère que prévu. Tous les atomes sur Terre contiennent au moins un proton, ce qui signifie que les mesures de ces caractéristiques les plus simples telles que sa taille, sa masse ou son moment magnétique, peuvent aider à répondre à certaines des grandes questions en physique, y compris pourquoi est-ce que l’Univers contient plus de matière que d’antimatière.

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