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Les protons posent un problème, mais nous sommes sur le point de le résoudre. Nous ne savons pas exactement quel est le rayon d’un proton et une nouvelle méthode de mesure a permis de résoudre ce problème.

Comment mesurer la taille d’un proton ?

Jusqu’en 2010, nous étions à peu près certains de la taille du proton. Nous l’avions mesurée en utilisant des atomes d’hydrogène, composés d’un proton et d’un électron. Mais en 2010, une mesure utilisant de l’hydrogène muonique – où l’électron est remplacé par une autre particule appelée muon – a retrouvé une valeur inférieure de 4%.
«Cela a mené certaines spéculations quant à savoir si les muons interagissent différemment avec les protons et les électrons, et si c’était le cas, cela violerait les lois de la physique», déclare Eric Hessels de l’Université York au Canada. Le modèle standard de la physique des particules ne prendrait pas en compte la différence entre ces interactions, nous aurions donc besoin d’une sorte de nouvelle force étrange.
Hessels et ses collègues ont mis au point un nouveau moyen de mesurer le rayon du proton en envoyant des atomes d’hydrogène via deux séries d’ondes radio avec des fréquences légèrement différentes. Cela a excité certains des atomes dans un état d’énergie plus élevé.
En mesurant le nombre d’atomes restants dans l’état d’énergie plus faible, les chercheurs ont pu déterminer la différence d’énergie entre l’état d’énergie inférieur d’origine et l’état excité. Ils ont utilisé cette différence d’énergie pour calculer le rayon du proton.

Un proton mesure environ 0,83 femtomètre

Le résultat final correspond à la mesure de l’hydrogène muonique, confortant l’idée que le proton est plus petit que nous l’avions pensé, à environ 0,83 femtomètre, soit moins d’un million de milliards de mètres.
«Il y a de plus en plus de mesures qui semblent s’accumuler dans un rayon plus petit maintenant, alors peut-être que ce puzzle va se dissiper», déclare Thomas Udem à l’Institut Max Planck d’optique quantique en Allemagne. D’autres expériences sont en cours qui fourniront d’autres preuves du rayon du proton, disent-il avec Hessels.
Cette recherche a été publiée dans Science.
Source : New Scientist
Crédit photo : Pixabay

Quelle est la taille d'un proton?martinPhysique
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