Une nouvelle technique cool permet de mesurer plus facilement les propriétés clés des particules –

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  • Les scientifiques de la collaboration BASE, dirigés par les scientifiques de RIKEN, ont développé une nouvelle méthode de refroidissement qui permettra de mesurer plus facilement une propriété des protons et des antiprotons appelée le moment magnétique. C’est l’une des propriétés qui est étudiée pour résoudre le mystère de pourquoi notre univers contient de la matière mais presque pas d’antimatière.

    Notre univers devrait, selon le modèle standard, avoir des quantités égales de matière et d’antimatière, mais en réalité ce n’est pas le cas. Pour savoir pourquoi, les scientifiques du monde entier tentent de découvrir de minuscules différences entre les deux qui pourraient résoudre le mystère. Une piste prometteuse est d’explorer s’il existe des différences dans le moment magnétique du proton et de l’antiproton, et l’expérience BASE, basée au CERN, essaie de le déterminer. À l’aide d’un appareil sophistiqué – un piège de Penning capable de capturer et de détecter une seule particule – l’équipe BASE a réussi par le passé à améliorer la précision des mesures de moment magnétique des protons et des antiprotons d’un facteur trente et de plus de trois ordres de magnitude, respectivement, conduisant à un test de symétrie matière/antimatière au niveau de 1,5 parties sur un milliard, constatant essentiellement que les aimants dans le proton et l’antiproton sont similaires à neuf chiffres significatifs !

    Une difficulté – parmi tant d’autres – dans la réalisation de telles expériences est que pour mesurer les moments magnétiques avec précision, les particules doivent être maintenues à des températures proches du zéro absolu, -273,15 °C. Dans des expériences précédentes, les températures froides ont été préparées en utilisant une technique connue sous le nom de “refroidissement résistif sélectif”, qui prend du temps et, selon les chercheurs, “semblable à lancer un dé avec 100 faces, en essayant de lancer un 1”.

    Pour l’expérience actuelle, publiée dans La nature, la collaboration BASE a rapporté la toute première démonstration de “refroidissement sympathique” d’un seul proton en couplant la particule à un nuage d’ions 9Be+ refroidis par laser. Le refroidissement sympathique consiste à utiliser des lasers ou d’autres dispositifs pour refroidir un type de particule, puis à utiliser ces particules pour transférer la chaleur de la particule qu’ils souhaitent refroidir. Avec cette technique, le groupe a simultanément refroidi un mode résonant d’un circuit accordé supraconducteur macroscopique avec des ions refroidis par laser, et a également réalisé le refroidissement sympathique d’un seul proton piégé, atteignant des températures proches du zéro absolu.

    La technique décrite dans l’article récent est un premier pas important vers une réduction considérable des faces sur le collecteur de dés, avec la vision de réduire idéalement la surface à une seule. “Nous rapportons une première étape importante, et le développement ultérieur de cette méthode conduira finalement à une expérience de bascule de spin idéale, dans laquelle un seul proton à basse température sera préparé en quelques secondes seulement. Cela nous permettra de déterminer l’état de spin de la particule en une seule mesure qui prend environ une minute », explique Christian Smorra, l’un des scientifiques à la tête de l’étude. « Ceci est considérablement plus rapide que nos précédentes mesures de moment magnétique et améliorera à la fois les statistiques d’échantillonnage et la résolution de nos études systématiques », ajoute Matthew Bohman, doctorant à l’Institut Max Planck de physique nucléaire de Heidelberg et premier auteur de la étudier.

    “En outre, la réalisation signalée a des applications non seulement dans les mesures de moment magnétique proton/antiproton. Elle ajoute une nouvelle technologie générale à la boîte à outils de la physique de précision des pièges de Penning, et a également des applications potentielles dans d’autres mesures de moment magnétique nucléaire, ultra- des comparaisons précises des rapports charge-masse dans les pièges de Penning, ou même dans l’amélioration de la production d’antihydrogène », ajoute Stefan Ulmer, porte-parole de la collaboration BASE et scientifique en chef du RIKEN Fundamental Symmetries Laboratory.

    La collaboration BASE gère trois expériences, une à l’usine d’antimatière du CERN, une à l’Université de Hanovre et une à l’Université de Mayence, le laboratoire où la nouvelle méthode a été réellement mise en œuvre. L’étude rapportée est le résultat de la collaboration entre RIKEN, la société allemande Max Planck, les universités de Mayence, Hanovre et Tokyo, l’institut de métrologie allemand PTB, le CERN et GSI Darmstadt. Le travail a été soutenu par le centre Max Planck, RIKEN, PTB pour le temps, les constantes et les symétries fondamentales.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par RIKEN. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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