La collaboration BASE au CERN a permis plus d'une première dans la recherche sur l'antimatière. Par exemple, il a fait la première mesure jamais plus précise pour l'antimatière que pour la matière, il a conservé l'antimatière stockée pendant un temps record de plus d'un an, et il a mené la première recherche en laboratoire d'une interaction entre l'antimatière et une particule candidate à la matière noire appelée l'axion. Maintenant, l'équipe BASE développe un dispositif qui pourrait amener la recherche sur l'antimatière à de nouveaux sommets :un piège à antiprotons transportable pour transporter l'antimatière produite au décélérateur d'antimatière (AD) du CERN vers une autre installation au CERN ou ailleurs, pour des mesures d'antimatière plus précises. Ces mesures pourraient révéler des différences entre la matière et l'antimatière.

Le Big Bang aurait dû créer des quantités égales de matière et d'antimatière, pourtant l'univers actuel est presque entièrement fait de matière, donc quelque chose a dû arriver pour créer le déséquilibre. Le modèle standard de la physique des particules prédit une certaine différence entre la matière et l'antimatière, mais cette différence est insuffisante pour expliquer le déséquilibre, incitant les chercheurs à en chercher d'autres, différences encore inconnues entre les deux formes de matière. C'est exactement ce que tentent de faire les équipes de BASE et d'autres expériences situées dans le hall AD du CERN.

BASE, en particulier, étudie les propriétés des antiprotons, les antiparticules de protons. Il prend d'abord des antiprotons produits à l'AD - le seul endroit au monde où des antiprotons sont créés quotidiennement - puis les stocke dans un dispositif appelé piège de Penning, qui maintient les particules en place grâce à une combinaison de champs électriques et magnétiques. Prochain, BASE alimente les antiprotons un par un dans une installation multi-Penning-trap pour mesurer deux fréquences, à partir de laquelle les propriétés des antiprotons telles que leur moment magnétique peuvent être déduites puis comparées à celle des protons. Ces fréquences sont la fréquence cyclotron, qui décrit l'oscillation d'une particule chargée dans un champ magnétique, et la fréquence de Larmor, qui décrit le mouvement dit de précession dans le piège du spin intrinsèque de la particule.

L'équipe BASE fait des mesures toujours plus précises de ces fréquences, mais la précision est finalement limitée par des perturbations externes du champ magnétique de l'installation. "La salle AD n'est pas le plus calme des environnements magnétiques, " explique Stefan Ulmer, porte-parole de BASE. " Pour se faire une idée, mon bureau au CERN est 200 fois plus calme que le hall AD, " il dit, souriant.

D'où la proposition de l'équipe BASE de réaliser un piège à antiprotons transportable pour emmener les antiprotons produits à l'AD vers un laboratoire de mesure avec un environnement magnétique plus calme. Le dispositif, dénommé BASE-STEP et dirigé par le porte-parole adjoint de BASE Christian Smorra, consistera en un système de piège de Penning à l'intérieur de l'alésage d'un aimant supraconducteur capable de résister aux forces liées au transport. En outre, il disposera d'un système de refroidissement à l'hélium liquide, ce qui lui permet d'être transporté pendant plusieurs heures sans avoir besoin d'électricité pour le garder au frais. Le système Penning-trap comportera un premier piège pour recevoir et relâcher les antiprotons produits à l'AD, et un deuxième piège pour stocker les antiprotons.

L'ensemble du dispositif mesurera 1,9 mètre de long, 0,8 mètre de large, 1,6 mètre de haut et au plus 1000 kg de poids. « Ces dimensions et poids compacts signifient que nous pourrions en principe charger le piège dans un petit camion ou une camionnette et le transporter du hall AD vers une autre installation située au CERN ou ailleurs, pour approfondir notre compréhension de l'antimatière, " dit Smorra, qui a reçu une subvention de démarrage du Conseil européen de la recherche pour mener le projet.

L'équipe BASE a commencé à développer les premiers composants de l'appareil et prévoit de l'achever en 2022, décisions et approbations en attente. Restez à l'écoute pour plus de développements.