L’antimatière est exceptionnellement difficile à étudier, car elle s’annihile lorsqu’elle entre en contact avec la matière ordinaire. Une équipe de physiciens a désormais piégé un seul positron — l’antiparticule de l’électron — et l’a maintenu en suspension pendant des mois, ouvrant de nouvelles possibilités pour les expériences de précision.
Cette avancée, publiée dans Physical Review Letters, repose sur ce que les chercheurs appellent un « cyclotron quantique à positron unique ». Le dispositif est conçu pour isoler suffisamment la particule afin d’examiner l’une des hypothèses centrales de la physique moderne : les électrons et les positrons devraient avoir des masses et des moments magnétiques identiques, avec des signes opposés.
Les positrons sont produits par une source radioactive de sodium 22 et doivent être refroidis à environ 300 millikelvins, soit une fraction de degré seulement au-dessus du zéro absolu. Selon les chercheurs, cela réduit leur énergie de plus de dix ordres de grandeur en une période très courte.
Pour charger la particule dans le piège, le positron se combine brièvement avec un électron afin de former du positronium, un atome exotique électriquement neutre. Cet atome peut traverser une minuscule ouverture de 625 micromètres jusqu’à une région de piégeage, où un champ électrique intense l’ionise et laisse le positron confiné.
La procédure est extrêmement exigeante : le chargement d’un seul positron prend entre huit et 11 heures. Une fois capturée, la particule peut toutefois rester isolée pendant des mois, ce qui permet aux scientifiques de l’étudier dans des conditions contrôlées.
La motivation de ces travaux est liée à l’une des plus grandes questions sans réponse de la physique : pourquoi l’univers contient-il beaucoup plus de matière que d’antimatière ? Le Modèle standard suggère que le Big Bang aurait dû produire des quantités égales des deux. Une différence entre les électrons et les positrons pourrait donc indiquer une violation de la symétrie attendue.
En 2023, la même équipe de la Northwestern University a mesuré le moment magnétique de l’électron, exprimé par son facteur g, avec une précision de 0,13 partie par milliard. La comparaison directe existante entre l’électron et le positron date de 1987 et les avait trouvés égaux à 2,1 parties par milliard près.
Le nouveau cyclotron vise à améliorer d’environ 30 fois la précision de la mesure du moment magnétique du positron. L’appareil a désormais démontré qu’il pouvait capturer et maintenir la particule, mais la mesure de haute précision elle-même n’a pas encore été réalisée.
Le responsable des recherches, Gerald Gabrielse, a déclaré que si l’on découvrait que les électrons et les positrons ne sont pas identiques, cela représenterait « la plus grande découverte en physique du siècle dernier ».
Sources: Xataka.