Petit proton: il y a une erreur

2010/09/01 Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Les mesures les plus précises ont été réalisées jusqu'à présent, le proton étant inférieur de 4% à celui attendu.

Certains physiciens de l'Institut Max Planck ont mesuré plus précisément que jamais la taille du proton. Le résultat, 0,84184 femtomètres, est 4% inférieur à celui des mesures précédentes.

Ce n'est pas un simple compte de précision. La différence est supérieure au degré d'erreur des mesures précédentes, ce qui signifie que, si la dernière mesure est correcte, les mesures précédentes n'ont pas été faites correctement. Et si cela est vrai, il faudrait modifier beaucoup de principes de base qui jusqu'ici sont considérés comme valides en physique. Par conséquent, les physiciens - théoriques et expérimentales - ont commencé à chercher des erreurs dans cette dernière mesure. Pour l'instant, ils n'ont rien trouvé.

C'est une expérience très complexe. Le proton ne peut pas être mesuré directement, de sorte que les physiciens doivent mesurer l'influence de la taille du proton sur une autre caractéristique. On utilise généralement des atomes d'hydrogène, c'est-à-dire des protons avec un électron autour de lui. Selon la physique quantique, l'électron ne peut avoir que certains niveaux d'énergie qui dépendent, entre autres, de la taille du proton. Ils fournissent de l'énergie à l'électron par un laser et celui-ci passe d'un niveau d'énergie à l'autre, pour ensuite perdre de l'énergie pour passer au niveau initial d'énergie. Les physiciens mesurent la quantité d'énergie qu'ils ont dû prendre dans ces sauts et à partir de cette énergie ils calculent la taille du proton.

Cependant, le proton est une particule très grande du côté de l'électron, de sorte que les niveaux énergétiques de l'électron sont très proches les uns des autres. Les sauts effectués par l'électron sont petits et la précision des mesures est également très faible. Cependant, si nous utilisons un muon au lieu de l'électron, la question change beaucoup, puisque le muon est 200 fois plus grand que l'électron. Selon la théorie complexe de l'électrodynamique quantique, ce processus est basé sur les fluctuations quantiques du vide et le muon est plus sensible à ces fluctuations que l'électron. Enfin, les sauts énergétiques que produisent les muons sont très élevés et peuvent être mesurés avec une grande précision.

Cependant, travailler avec les muons est difficile. Ce sont des particules de la famille de l'électron, mais elles ne sont pas stables et se dissolvent en 2 microsecondes. C'est pourquoi les physiciens de l'Institut Max Planck ont dû créer les muons à travers un accélérateur de particules, afin que des atomes d'hydrogène soient bombardés par les muons pour remplacer leurs électrons et effectuer la mesure au laser. Tout cela pour un temps maximum de 2 microsecondes. Le calcul pour déduire la taille du proton des résultats de l'expérience est également très complexe.

Par conséquent, il y a beaucoup de chances qu'il y ait une erreur dans l'expérience et que dans la dernière mesure de la taille du proton il y ait tellement de différence par rapport aux précédents. Mais après avoir examiné tous les détails, ils n'ont pas trouvé d'erreur. Selon les experts, il y a trois options. On est que la théorie de l'électrodynamique quantique est correcte mais qu'elle a mal été appliquée dans cette expérience ; le second est qu'il y a une erreur dans la même expérience ; et le troisième est que l'électrodynamique quantique ne soit pas correcte. Cette dernière option est la moins probable, même si elle peut se produire. Jeff Flowers, physicien du Laboratoire national de physique du Royaume-Uni, déclare: "Diriger l'électrodynamique quantique signifierait un changement philosophique pour la physique".