La recherche continue. Aucune différence dans les protons et les antiprotons n'a encore été trouvée qui aiderait à expliquer potentiellement l'existence de la matière dans notre univers. Cependant, les physiciens de la collaboration BASE au centre de recherche du CERN ont pu mesurer la force magnétique des antiprotons avec une précision presque incroyable. Néanmoins, les données ne fournissent aucune information sur la façon dont la matière s'est formée dans l'univers primitif, car les particules et les antiparticules auraient dû se détruire complètement les unes les autres. Les mesures BASE les plus récentes ont plutôt révélé un chevauchement important entre les protons et les antiprotons, confirmant ainsi le modèle standard de la physique des particules. Autour du monde, les scientifiques utilisent une variété de méthodes pour trouver une différence, quelle que soit sa taille. Le déséquilibre matière-antimatière dans l'univers est l'un des sujets brûlants de la physique moderne.

La collaboration multinationale BASE au centre de recherche européen CERN rassemble des scientifiques du centre de recherche RIKEN au Japon, l'Institut Max Planck de physique nucléaire à Heidelberg, Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU), l'Université de Tokyo, GSI Darmstadt, Leibniz Universität Hanovre, et l'Institut national allemand de métrologie (PTB) à Braunschweig. Ils comparent les propriétés magnétiques des protons et des antiprotons avec une grande précision. Le moment magnétique est un composant essentiel des particules et peut être décrit comme étant à peu près équivalent à celui d'un aimant miniature en forme de barre. Le soi-disant facteur g mesure la force du champ magnétique. "En son coeur, la question est de savoir si l'antiproton a le même magnétisme qu'un proton, " a expliqué Stefan Ulmer, porte-parole du groupe BASE. "C'est l'énigme que nous devons résoudre."

La collaboration BASE a publié des mesures de haute précision du facteur g de l'antiproton en janvier 2017, mais les mesures actuelles sont beaucoup plus précises. La mesure de haute précision actuelle a déterminé le facteur g jusqu'à neuf chiffres significatifs. C'est l'équivalent de mesurer la circonférence de la terre avec une précision de quatre centimètres. La valeur de 2,7928473441(42) est 350 fois plus précise que les résultats publiés en janvier. "Cette augmentation énorme en si peu de temps n'a été possible que grâce à des méthodes complètement nouvelles, " a déclaré Ulmer. Le processus impliquait des scientifiques qui utilisaient pour la première fois deux antiprotons et les analysaient avec deux pièges de Penning.

Antiprotons stockés un an avant analyse

Les antiprotons sont générés artificiellement au CERN et les chercheurs les stockent dans un piège réservoir pour les expériences. Les antiprotons de l'expérience actuelle ont été isolés en 2015 et mesurés entre août et décembre 2016, ce qui est une petite sensation car il s'agissait de la plus longue période de stockage d'antimatière jamais documentée. Les antiprotons sont généralement rapidement annihilés lorsqu'ils entrent en contact avec la matière, comme dans l'air. Le stockage a été démontré pendant 405 jours sous vide, qui contient dix fois moins de particules que l'espace interstellaire. Au total, 16 antiprotons ont été utilisés et certains d'entre eux ont été refroidis à environ zéro absolu ou moins 273 degrés Celsius.

Le nouveau principe utilise l'interaction de deux pièges de Penning. Les pièges utilisent des champs électriques et magnétiques pour capturer les antiprotons. Les mesures précédentes étaient sévèrement limitées par une inhomogénéité magnétique ultra-forte dans le piège de Penning. Afin de surmonter cet obstacle, les scientifiques ont ajouté un deuxième piège avec un champ magnétique très homogène. "Nous avons donc utilisé une méthode développée à l'Université de Mayence qui a créé une plus grande précision dans les mesures, " explique Ulmer. " La mesure des antiprotons était extrêmement difficile et nous y travaillions depuis dix ans. La percée finale est venue avec l'idée révolutionnaire d'effectuer la mesure avec deux particules.

Le facteur g déterminé pour l'antiproton a ensuite été comparé au facteur g pour le proton, que les chercheurs de BASE avaient mesuré avec la plus grande précision préalable déjà en 2014. Au final, cependant, ils ne pouvaient trouver aucune différence entre les deux. Cette cohérence est une confirmation de la symétrie du CPT, qui affirme que l'univers est composé d'une symétrie fondamentale entre particules et antiparticules. "Toutes nos observations trouvent une symétrie complète entre la matière et l'antimatière, c'est pourquoi l'univers ne devrait pas exister réellement, " a expliqué Christian Smorra, premier auteur de l'étude. « Une asymétrie doit exister quelque part ici, mais nous ne comprenons tout simplement pas où se trouve la différence. Quelle est la source de la rupture de symétrie ?

Les scientifiques de BASE souhaitent désormais utiliser des mesures encore plus précises des propriétés des protons et des antiprotons pour trouver une réponse à cette question. La collaboration BASE prévoit de développer d'autres méthodes innovantes au cours de la prochaine année et d'améliorer les résultats actuels.