L'un des mystères les plus profonds de la physique aujourd'hui est de savoir pourquoi nous semblons vivre dans un monde composé uniquement de matière, tandis que le Big Bang aurait dû créer des quantités égales de matière et d'antimatière. Autour du monde, scientifiques dont l'équipe de Stefan Ulmer du RIKEN, conçoivent et réalisent des mesures de haute précision pour tenter de découvrir des dissemblances fondamentales entre la matière et l'antimatière qui pourraient conduire à l'écart.

Dans un ouvrage publié dans Communication Nature , L'équipe d'Ulmer a découvert que le moment magnétique de l'antiproton est extrêmement proche de celui du proton. Les chercheurs ont utilisé une technique sophistiquée avec une précision six fois plus élevée qu'auparavant, qui consiste à piéger des particules individuelles dans un dispositif magnétique.

Pour réaliser les expériences, ils ont pris des antiprotons générés par le décélérateur d'antiprotons du CERN et les ont placés dans un puissant dispositif magnétique, appelé piège de Penning, où ils pouvaient être stockés pendant des périodes de plus d'un an. Lors des mesures, parfois soigneusement choisies pour tomber pendant les quarts de nuit ou le week-end afin de minimiser les interférences magnétiques, ils ont pris des antiprotons individuels du piège de confinement et les ont déplacés dans un autre piège, où ils ont été refroidis à presque zéro absolu et placés dans un champ magnétique puissant et complexe, permettant au groupe de mesurer le moment magnétique.

Sur la base de six mesures effectuées à l'aide de cette méthode, le groupe a constaté que le moment (facteur g) de l'antiproton est de 2,7928465(23), tandis que celui du proton était auparavant de 2,792847350(9) - le nombre entre parenthèses indiquant le degré d'incertitude dans les derniers chiffres. Cela met les deux mesures, qui sont toutes deux absolues, plutôt que relatifs, à moins de 0,8 partie par million les uns des autres.

Selon Ulmer, "Nous voyons une profonde contradiction entre le modèle standard de la physique des particules, sous lequel le proton et l'antiproton sont des images miroir identiques l'un de l'autre, et le fait qu'aux échelles cosmologiques, il y a un énorme écart entre la quantité de matière et d'antimatière dans l'univers. Notre expérience a montré, basé sur une mesure six fois plus précise que tout ce qui a été fait auparavant, que le modèle standard tient, et qu'il semble, En réalité, qu'il n'y ait pas de différence dans les moments magnétiques proton/antiproton à l'incertitude de mesure atteinte. Nous n'avons trouvé aucune preuve de violation du CPT."

Dans les expériences futures, l'équipe prévoit de cibler l'application d'une technique de double piège Penning encore plus sophistiquée. Avec cette méthode, Des mesures 1000 fois améliorées sont possibles. Le groupe a déjà appliqué cette technique pour mesurer le moment magnétique du proton et dispose de l'ensemble des méthodes nécessaires pour effectuer également cette mesure avec l'antiproton. "Toutefois, la mise en œuvre de ce schéma expérimental est techniquement très difficile, et nécessitera plusieurs itérations", dit Hiroki Nagahama, un doctorat étudiant dans le groupe d'Ulmer et premier auteur de l'étude. "Nous prévoyons d'effectuer cette mesure dans l'un des prochains essais d'antiprotons."