Dans un article publié aujourd'hui dans la revue Science , l'expérience ASACUSA au CERN a rapporté une nouvelle mesure de précision de la masse de l'antiproton par rapport à celle de l'électron. Ce résultat est basé sur des mesures spectroscopiques avec environ 2 milliards d'atomes d'hélium antiprotoniques refroidis à des températures extrêmement froides de 1,5 à 1,7 degrés au-dessus du zéro absolu. Dans les atomes d'hélium antiprotoniques, un antiproton remplace l'un des électrons qui seraient normalement en orbite autour du noyau. De telles mesures fournissent un outil unique pour comparer avec une grande précision la masse d'une particule d'antimatière avec son homologue de matière. Les deux doivent être strictement identiques.

"Un assez grand nombre d'atomes contenant des antiprotons ont été refroidis en dessous de moins 271 degrés Celsius. Il est assez surprenant qu'un atome "demi-antimatière" puisse être rendu si froid en le plaçant simplement dans un gaz réfrigéré d'hélium normal, " dit Masaki Hori, chef de groupe à la collaboration ASACUSA.

Les particules de matière et d'antimatière sont toujours produites par paire lors de collisions de particules. Les particules et les antiparticules ont la même masse et une charge électrique opposée. Le positron chargé positivement, par exemple, est un anti-électron, l'antiparticule de l'électron chargé négativement. Des positrons ont été observés depuis les années 1930, à la fois dans les collisions naturelles des rayons cosmiques et dans les accélérateurs de particules. Ils sont aujourd'hui utilisés en milieu hospitalier dans les scanners TEP. Cependant, étudier les particules d'antimatière avec une haute précision reste un défi car lorsque la matière et l'antimatière entrent en contact, ils s'annihilent – ​​disparaissent dans un éclair d'énergie.

Le décélérateur d'antiprotons du CERN est une installation unique qui fournit des faisceaux d'antiprotons de faible énergie aux expériences pour les études sur l'antimatière. Afin de faire des mesures avec ces antiprotons, plusieurs expériences les piègent pendant de longues périodes à l'aide de dispositifs magnétiques. L'approche d'ASACUSA est différente car l'expérience est capable de créer des atomes hybrides très particuliers faits d'un mélange de matière et d'antimatière :ce sont les atomes d'hélium antiprotoniques composés d'un antiproton et d'un électron en orbite autour d'un noyau d'hélium. Ils sont fabriqués en mélangeant des antiprotons avec de l'hélium gazeux. Dans ce mélange, environ 3% des antiprotons remplacent l'un des deux électrons de l'atome d'hélium. Dans l'hélium antiprotonique, l'antiproton est en orbite autour du noyau d'hélium, et protégé par le nuage d'électrons qui entoure tout l'atome, rendant l'hélium antiprotonique suffisamment stable pour des mesures de précision.