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L’expérience ATRAP, qui étudie l’antihydrogène auprès du Décélérateur d’antiprotons (AD) du CERN, a publié aujourd’hui dans la revue Physical Review Letters une nouvelle mesure du moment magnétique de l’antiproton avec une incertitude sans précédent de 4,4 millionièmes seulement. Non seulement ce résultat constitue un véritable exploit pour l’équipe qui a rélisé cette mesure, mais il pourrait apporter un début de réponse à la question du déséquilibre matière-antimatière dans l'Univers, l'un des grands mystères de la physique moderne.
Depuis des décennies, ATRAP et certains membres de cette collaboration repoussent sans cesse les limites de notre compréhension de l'antimatière. Actuellement, l’expérience est capable de piéger des protons et des antiprotons isolés de façon à réaliser des mesures extrêmement précises de propriétés telles que la charge, la masse et le moment magnétique de ces particules. Le moment magnétique d’une particule est une propriété intrinsèque qui caractérise son comportement lorsqu’elle est soumise à un champ magnétique, un peu comme le moment magnétique d’une boussole détermine comment celle-ci se comporte lorsqu'elle est soumise au champ magnétique terrestre.
Il est essentiel d’établir des comparaisons précises entre les propriétés du proton et celles de l’antiproton, car on ne connaît toujours pas la cause de l’énorme déséquilibre entre matière et antimatière dans l'Univers, explique le porte-parole de l’expérience ATRAP, Gerald Gabrielse, de l’Université Harvard. En comparant les moments magnétiques du proton et de l’antiproton, nous étudions l’une des symétries fondamentales de la nature, la symétrie CPT, avec une très grande précision.
La collaboration ATRAP a constaté que les moments magnétiques du proton et de l’antiproton sont « exactement opposés » : égaux en intensité mais opposés du point de vue du spin de ces particules, ce qui correspond aux prédictions du Modèle standard et au théorème CPT avec une incertitude de 5 millionièmes. Toutefois, la collaboration a le potentiel de réaliser une mesure bien plus précise, ce qui pourrait lui permettre d'opérer une vérification encore plus pointue des prédictions du Modèle standard.
« Notre mesure du moment magnétique de l’antiproton est environ 680 fois plus précis que tous les résultats obtenus précédemment, souligne Gerald Gabrielse. Cette grande amélioration de la précision s’explique en grande partie par notre méthode d’étude des particules « prises isolément ». Pour la suite, nous avons l’intention d’adopter des méthodes quantiques qui permettront d'observer chaque renversement de spin se produisant dans un antiproton. » Grâce à ces mesures améliorées, il devrait être possible finalement de vérifier le Modèle standard et la symétrie CPT en comparant l’antiproton et le proton avec une précision d’un milliardième ou plus.