Phy­sique Le pro­ton perd du poids

Une me­sure plus pré­cise de la masse de ce consti­tuant du noyau ato­mique fait ap­pa­raître un pro­ton plus lé­ger.

La Recherche - - CONTENTS - Phi­lippe Pa­jot

Mes urerl amasse d’un seul pro­ton n’ est pas tâche ai­sée. Pour­tant, cette va­leur est d’im­por­tance pour la mé­tro­lo­gie et la phy­sique fon­da­men­tale. À l’ap­proche du grand cham­bou­le­ment dans la dé­fi­ni­tion de plu­sieurs uni­tés de me­sure – qui in­ter­vien­dra en prin­cipe en 2018 –, les don­nées fiables sont plus que ja­mais in­dis­pen­sables. Une col­la­bo­ra­tion ger­ma­no­nip­pone vient d’an­non­cer une nou­velle me­sure plus pré­cise de la masse de ce consti­tuant fon­da­men­tal du noyau ato­mique. Sur­prise : elle est lé­gè­re­ment in­fé­rieure à la masse of­fi­cielle qui ré­sulte d’une com­pi­la­tion de me­sures in­ter­na­tio­nales (1). Une dif­fé­rence qui ne s’ex­plique pas, mais qui tient peut-être à la nou­velle mé­thode uti­li­sée. Les phy­si­ciens ont ob­te­nu cette va­leur en com­pa­rant le mou­ve­ment d’un unique pro­ton dans un champ ma­gné­tique à ce­lui d’un ion de car­bone. La clé du suc­cès a été l’uti­li­sa­tion d’un piège de Pen­ning, éla­bo­ré par les équipes del’ Ins­ti­tut MaxP­lan­ckd’ Heide lb erg, en Al­le­magne, et d’un dé­tec­teur de par­ti­cules dé­ve­lop­pé au Ri­ken, près de To­kyo. La confi­gu­ra­tion du champ élec­tro- ma­gné­tique dans le piège de Pen­ning per­met de sto­cker des par­ti­cules char­gées (pro­tons et ions no­tam­ment) qui os­cil­lent à une fré­quence qui dé­pend jus­te­ment de leur masse.

300 mil­lièmes de mil­liar­dième de moins

En com­pa­rant les os­cil­la­tions d’un pro­ton dans un piège à celles d’un ion de car­bone 12, les phy­si­ciens ont ain­si ob­te­nu la masse du pro­ton di­rec­te­ment par rap­port à celle du car­bone 12 qui, par dé­fi­ni­tion, vaut 12 uni­tés de masse ato­mique. Le ré­sul­tat est 1,007276466583 uni­té de masse ato­mique (aux marges d’er­reurs sta­tis­tique et sys­té­ma­tique près). Si la pré­ci­sion est amé­lio­rée d’un fac­teur trois par rap­port aux ex­pér iences pré­cé­dentes, cette va­leur est in­fé­rieure de 300 mil­lièmes de mil­liar­dième à celle de la masse of­fi­cielle du pro­ton. Une ex­pé­rience amé­lio­rée est en cours d’éla­bo­ra­tion. Uti­li­sant un autre ion pié­gé, elle au­to­ri­se­rait des com­pa­rai­sons croi­sées entre dif­fé­rents ions, ce qui éli­mi­ne­rait cer­taines sources d’in­cer­ti­tudes et per­met­trait, peu­têtre, de le­ver ce mys­tère.

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