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Les experts mesurent le noyau d’hélium avec un haut niveau de précision

Par Julian, le janvier 30, 2021 — 4 minutes de lecture
Especialistas medem núcleo do hélio com um nível elevado de precisão

Des chercheurs français ont rejoint une équipe internationale et ont pu mesurer la taille du noyau d’hélium avec un niveau de précision sans précédent.

Les résultats ont déjà été publiés dans la prestigieuse revue scientifique Nature. La mesure de ce travail peut être utilisée dans plusieurs contextes.


Hélium: nouveaux modèles théoriques de la structure nucléaire

Après l’hydrogène, l’hélium est le deuxième élément le plus abondant de l’univers. Environ un quart des noyaux atomiques qui se sont formés dans les premières minutes après le Big Bang étaient des noyaux d’hélium. Ils sont constitués de quatre éléments constitutifs: deux protons et deux neutrons. Du point de vue de la physique fondamentale, il est crucial de connaître les propriétés du noyau d’hélium pour, entre autres, comprendre les processus d’autres noyaux atomiques plus lourds que l’hélium.

Les nucléons atomiques (constituant des noyaux) sont maintenus ensemble par la soi-disant interaction forte, l’une des quatre forces fondamentales de la physique. En utilisant la théorie qui décrit l’interaction forte, connue sous le nom de chromodynamique quantique, les physiciens peuvent prédire le rayon du noyau d’hélium et d’autres noyaux atomiques légers avec certains protons et neutrons.

Le rayon désormais mesuré avec précision du noyau d’hélium met à l’épreuve les prédictions théoriques et permet de tester de nouveaux modèles théoriques de la structure nucléaire, révèle l’Université de Coimbra.

Les experts mesurent le noyau d'hélium avec un haut niveau de précision

Les mesures d’hélium muonique peuvent également être comparées à celles obtenues dans des expériences utilisant des atomes et des ions «normaux». En comparant les résultats obtenus avec les deux approches, on peut tirer des conclusions sur les constantes naturelles fondamentales, comme la constante de Rydberg, la constante de physique qui a été déterminée avec plus de précision, qui est fortement interconnectée avec la taille du proton et qui joue un rôle important rôle en mécanique quantique.

Cette collaboration a développé une nouvelle méthode de mesure, utilisant des muons au lieu d’électrons, qui a permis de déterminer la taille du noyau d’hélium avec une précision environ cinq fois supérieure à celle des mesures précédentes. Selon les résultats obtenus, le rayon de charge dit moyen du noyau d’hélium est de 1,677824 phentomètres (il y a un milliard de milliards de phentomètres dans un mètre).

Le muon est considéré comme le frère de l’électron, mais environ 200 fois plus lourd. Un muon est beaucoup plus fortement lié au noyau atomique qu’un électron et orbite sur des orbites environ 200 fois plus proches du noyau.

Le mystère du faisceau de protons se dévoile

Cette collaboration internationale avait déjà mesuré le rayon du proton en 2010 en utilisant la même approche. Cette fois, il n’y a pas de contradiction entre la nouvelle valeur plus précise et les mesures effectuées avec les autres méthodes. Il est donc peu probable d’expliquer les résultats en utilisant une «nouvelle physique» qui va au-delà du modèle standard.

De plus, les valeurs obtenues dans les mesures récentes du rayon proton avec des électrons sont proches de la valeur mesurée par cette collaboration avec les muons en 2010. D’une certaine manière, l’énigme du mystère du rayon proton existe toujours, mais elle est démêler lentement.

La version en ligne de l’article «Le rayon de charge des particules alpha de la spectroscopie laser de l’ion muonique hélium-4», peut être consultée ici.

Julian

Julian

Je suis correspondant principal chez WebVZ; le site hebdomadaire consacré à l'avenir des médias, la technologie, la culture (série, film, musique) et jeux-vidéo. J'anime parfois (en plus de mes articles), une série de d'interviews percutantes avec les principaux acteurs de l'industrie des médias et de la technologie.

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