25/01/2013 - Le proton est plus petit qu'on ne le pensait.

Menéame

Il n’est pas facile de mesurer rayon du proton, parce que les Quarks qui le composent n’arrêtent pas d’interagir. Pourtant, la communauté scientifique a fixé des valeurs avec les données de méthodes de mesure complexes, mais les résultats diffèrent si d’autres techniques sont utilisées. Une équipe européenne a déjà noté il y a quelques années que le proton est plus petit que prévu Et maintenant il le confirme avec une nouvelle étude qu’il publie Science.

"L’électron est une particule comme un point, dont la taille a été mesurée en moins de 10-20 m, mais le proton, au contraire, est une pelle composée d’autres plus petites et plus fondamentales: les quarks," rappelle Aldo Antognini, de l’Institut Max Planck d’optique quantique (Garching, Allemagne).

"Les Quarks - deux up et un down pour chaque proton- se déplacent et interagissent de manière très dynamique entre eux et le tourbillon qu’ils forment est celui qui donne lieu à la taille du proton," explique le chercheur à SINC.

Antognini et d’autres collègues européens et américains présentent cette semaine à Science une étude qui indique que le proton est plus petit que ce qu’on croit. Les résultats confirment ce que la même équipe a déjà publié dans Nature en 2010: "Le proton semble être 0,00000000000003 millimètre de moins que ne le pensaient les chercheurs”.

En particulier, le nom Committee on Data for Science and Technology (CODATA) établit un rayon de charge pour le proton de 0,87 à 0,88 femtomètres (1 femtomètre est 10-15 m), tandis que les nouveaux résultats le réduisent à 0,84 femtmètres. Le rayon de charge électrique est l’extension moyenne du " nuage " qui génère les quarks - qui sont chargés - en se déplaçant.

Les différences semblent insignifiantes, mais elles peuvent avoir des répercussions physiques "series" selon les experts, car elles suggèrent qu’il y a peut-être un vide dans les théories actuelles de la mécanique quantique. De plus, les protons, avec les neutrons, forment le noyau atomique de chaque atome qui existe dans l’univers.

L’étude détermine également pour la première fois le radio magnétique du proton -0,87 femtomètres-. Cet autre rayon est la moyenne de la distribution magnétique à l’intérieur du proton, qui est donnée par les moments magnétiques des quarks et les courants qu’ils produisent lors du mouvement.

Pour mener à bien cette recherche, l’équipe a utilisé la spectroscopie laser de l’hydrogène muonique. L’hydrogène est l’élément le plus simple qui existe, avec un proton et un électron, bien que dans l’expérience ce dernier soit remplacé par un muon - avec une charge négative comme l’électron mais avec une masse 200 fois supérieure-.

On peut ainsi mieux mesurer le proton, en analysant certaines transitions qui se produisent dans les états de cet hydrogène "exotique ." Antognini a avancé à SINC que son groupe envisage également de faire des recherches avec des atomes d’hélium muonique.

Pour sa part, les valeurs établies par CODATA sont basées sur d’autres techniques: spectroscope de l’atome d’hydrogène - normal, non muonique - et calculs d’électrodynamique quantique (QED) pour analyser la dispersion de charge entre le proton et l’électron.

Certains chercheurs estiment que l’interprétation des résultats de chaque méthode de mesure peut être derrière les divergences. Quoi qu’il en soit, les scientifiques continuent à discuter de la meilleure de toutes ces techniques pour intégrer les pièces du soi-disant "puzle de la radio du proton." L’objectif final, découvrir la taille exacte de cette particule essentielle dans le fonctionnement du cosmos.

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Référence bibliographique:

A. Antognini, M. Diepold, T.W. Hänsch, T. Nebel, J. Vogelsang, R. Pohl et al. “Proton Structure from the Measurement of 2S−2P Transition Frequencies of Muonic Hydrogen". Helen S. Margolis. “How big is the proton?” Science, 24 de enero de 2013.

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