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3 12.09.2019 10:10:44 10:10

Le proton serait bien plus petit que prévu  !

Quelle est vraiment la taille du proton, cette particule subatomique de charge positive qui, avec le neutron, constitue le noyau des atomes de matière et qui est lui-même composé de trois particules élémentaires appelées des quarks  ? Voilà une question que vous ne vous posez sans doute pas tous les jours.

Pour les physiciens, en revanche, cest une interrogation lancinante depuis une dizaine dannées. Tout simplement parce que la réponse pourrait remettre en cause certaines prédictions de lune des théories fondamentales de la physique quantique, lélectrodynamique quantique – qui décrit les interactions entre la lumière et la matière –, voire faire intervenir de la nouvelle physique.

Tout a commencé en mars 2010 par la publication dans Nature dune nouvelle étude mettant en cause la valeur jusquici retenue comme étant la taille du proton : 0,877 femtomètre (1 femtomètre = 10 puissance -15 mètre). Selon les résultats de cette étude, la taille de la particule serait en réalité 4 % plus petite et sétablirait autour de 0,842 femtomètre.

Or les deux valeurs sont trop différentes pour que les marges derreur suffisent à expliquer lécart les séparant.Des certitudes ébranléesIl faut dire aussi quauparavant seules deux méthodes avaient été utilisées pour déterminer la taille du proton, toutes basées sur létude des interactions entre proton et électron à laide daccélérateurs de particules.

Elles sintéressaient soit aux collisions entre un électron et un proton, soit à latome dhydrogène lui-même constitué dun électron et dun proton.Mais, dans le cas de la mesure de 2010, pour gagner en précision, les chercheurs avaient, pour la première fois, utilisé un atome dhydrogène au sein duquel lélectron avait été remplacé par un muon, une particule élémentaire également de charge négative mais 200 fois plus lourde que lélectron.

De sorte que, selon les lois de la physique, elle évolue aussi 200 fois plus près du proton. De quoi mieux cerner sa taille. Sauf quau lieu daméliorer la précision la mesure a contredit les précédentes ! Depuis lors, les physiciens sont dans lembarras, les mesures ultérieures nétant pas parvenues à confirmer ou à infirmer lun ou lautre des résultats.

Un proton taille XXSDu moins jusquà la fin de la semaine dernière, quand la célèbre revue Science a publié une nouvelle étude qui pourrait être déterminante dans la résolution de ce casse-tête. Réalisée par léquipe dEric Hessels, de la faculté des sciences de lUuniversité York (Toronto, Canada), la nouvelle mesure a été effectuée en sappuyant sur lhydrogène classique, dont latome est constitué dun proton et dun électron.

Mais via un nouveau protocole expérimental consistant grosso modo à générer un faisceau datomes dhydrogène en faisant passer des protons à travers une cible dhydrogène moléculaire gazeux, autrement dit de dihydrogène (H2).Quant à leur résultat, il conforte lidée que le proton est effectivement plus petit que ce que lon pensait auparavant et peut-être plus encore que létude de 2010 ne le.

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