Les scientifiques du CERN parviennent à un contrôle historique des particules d'antimatière

Les scientifiques de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, connue sous le nom de CERN, ont franchi une étape majeure dans la compréhension de l'univers. Une équipe internationale de chercheurs a contrôlé avec succès le spin d'un seul antiproton pour la première fois. Cette réalisation fait partie de l'expérience Baryon Antibaryon Symmetry, ou BASE. Elle aide les scientifiques à étudier l'antimatière, qui est l'un des plus grands mystères de la physique moderne. Le Dr Jack Devlin, chercheur à l'Imperial College London et membre de l'équipe BASE, a expliqué l'importance de ce travail. Il a noté que si les scientifiques contrôlent les atomes et les molécules depuis longtemps, le faire avec l'antimatière est beaucoup plus difficile. Ce nouveau niveau de contrôle permet aux chercheurs d'examiner de près les propriétés fondamentales de ces rares particules. Le travail de l'équipe a été récemment reconnu comme une percée majeure par la publication Physics World. L'antimatière est souvent décrite comme une image miroir de la matière normale. Un antiproton a la même masse qu'un proton régulier mais porte une charge électrique opposée. Lorsque la matière et l'antimatière se rencontrent, elles se détruisent mutuellement dans un éclair d'énergie. Pour cette raison, l'antimatière est extrêmement difficile à stocker et à étudier en laboratoire. Pour étudier l'antiproton, l'équipe a utilisé un appareil appelé piège de Penning cryogénique. Cet outil utilise des températures froides et des champs électromagnétiques puissants pour maintenir la particule en place. En isolant l'antiproton de son environnement, les scientifiques pouvaient le maintenir stable pendant très longtemps. Dans certains cas, ces particules peuvent être maintenues pendant des mois, voire des années, à l'intérieur du piège. Les chercheurs se sont concentrés sur une propriété appelée spin, qui fait agir la particule comme un minuscule aimant. Ce spin peut pointer dans deux directions différentes, ce que les scientifiques appellent un système à deux niveaux. En utilisant des champs électromagnétiques soigneusement réglés, l'équipe a été capable de faire basculer le spin d'avant en arrière. Ce processus est connu sous le nom de contrôle cohérent, et il est essentiel pour effectuer des mesures précises. L'une des parties les plus impressionnantes de l'expérience a été la durée du contrôle. L'équipe a démontré que le spin de l'antiproton restait stable pendant plus de 50 secondes. C'est une longue durée dans le monde des particules subatomiques et cela a permis à l'équipe d'observer de nombreux basculements de spin. Cette stabilité est une exigence clé pour la prochaine génération d'expériences en physique. Cette recherche vise à répondre à une question fondamentale sur la raison pour laquelle l'univers existe. Selon le modèle standard de la physique, le Big Bang aurait dû créer des quantités égales de matière et d'antimatière. Cependant, presque tout ce que nous voyons aujourd'hui, des étoiles aux humains, est fait de matière. Les scientifiques recherchent toute petite différence entre les deux qui pourrait expliquer pourquoi la matière l'a emporté. En contrôlant le spin, l'équipe BASE peut maintenant mesurer les propriétés magnétiques de l'antiproton avec beaucoup plus de précision. Plus précisément, ils examinent le facteur g, qui est une valeur qui décrit comment la particule réagit aux champs magnétiques. La nouvelle technique devrait être au moins 16 fois plus précise que les méthodes précédentes. Même une infime différence dans le facteur g entre les protons et les antiprotons pourrait changer notre compréhension de la physique. Le projet implique une grande collaboration de scientifiques du monde entier. En plus du CERN et de l'Imperial College London, des chercheurs de plusieurs autres institutions ont contribué aux résultats. Cet effort mondial montre à quel point l'étude de l'antimatière est devenue complexe et importante. Les résultats ont été partagés pour la première fois dans la revue scientifique Nature avant de recevoir une reconnaissance plus large. Pour l'avenir, l'équipe BASE prévoit d'utiliser ces nouveaux outils pour effectuer des tests encore plus sensibles. Ils veulent voir si les lois de la nature traitent la matière et l'antimatière exactement de la même manière. S'ils trouvent une divergence, cela pourrait mener à une nouvelle théorie qui va au-delà du modèle standard. Pour l'instant, la capacité de diriger un antiproton marque une étape historique dans la science quantique. Cette percée fait partie d'un programme plus vaste à l'Imperial College London appelé tests quantiques de physique fondamentale. Ce programme utilise une technologie de pointe pour sonder les principes les plus fondamentaux du monde naturel. En combinant ingénierie et physique, les chercheurs espèrent percer les secrets de l'univers primitif. Le succès de l'expérience BASE offre un chemin clair pour de futures découvertes dans ce domaine.