Première observation de l'intérieur de l'antihydrogène froid dans une expérience au CERN

L'expérience ATRAP1 auprès du Décélérateur d'antiprotons du CERN2 a détecté et mesuré de grandes quantités d'atomes d'antihydrogène froids. La mesure faite avec ATRAP, qui repose sur l'ionisation subie par des antiatomes froids traversant un gradient de champ électrique intense, fournit pour la première fois un aperçu de l'intérieur d'un antiatome et donne pour la première fois des informations sur la physique de l'antihydrogène. Les résultats ont été acceptés pour publication dans la revue Physical Review Letters.

La technique d'ATRAP repose sur la capture de positons entre deux paquets d'antiprotons dans un piège combiné. Les positons sont employés pour refroidir les antiprotons et lorsque les positons et les antiprotons atteignent une température similaire, certains se combinent pour former des atomes d'antihydrogène (un positon en orbite autour d'un noyau constitué d'un antiproton). Le membre de l'équipe ATRAP Walter Oelert du Forschungszentum Jülich (Allemagne) qui dirigeait l'expérience qui avait observé pour le première fois de l'antihydrogène au CERN, explique : "En 1996, nous n'avions produit que quelques atomes d'antihydrogène à une vitesse proche de celle de la lumière, ce qui équivaut à une température 100 000 fois supérieure à celle de l'intérieur du Soleil. Il est évident que ce matériau est trop chaud pour être traité. Maintenant, nous avons de l'antihydrogène en bien plus grandes quantités à des températures de quelques degrés seulement au-dessus du zéro absolu."

Ces antiatomes, du fait qu'ils sont électriquement neutres, dérivent vers l'extérieur du piège. Ceux qui se déplacent le long de l'axe de l'appareillage sont rapidement conduits à traverser un champ électrique intense qui arrache les positons et permet ainsi aux antiprotons chargés négativement d'être capturés et comptés. "Cette mesure est totalement exempte de bruit de fond," explique le porte-parole d'ATRAP, Jerry Gabrielse de l'université Harvard, "parce que la seule manière dont un signal est détecté correspond au cas où un antiproton s'échappe du piège combiné sous la forme d'un atome d'antihydrogène neutre."

L'équipe d'ATRAP a mesuré le champ nécessaire pour ioniser les atomes d'antihydrogène. Les résultats montrent que les antiatomes sont formés dans des états hautement excités. Cela est interprété comme indiquant un système de recombinaison à trois corps dans lequel un troisième corps emporte l'énergie et l'impulsion libérées par la formation de l'antiatome. La méthode de l'expérience ATRAP a permis de mesurer pour la première fois les propriétés physiques de l'antihydrogène, et c'est un pas important vers les mesures précises qui permettront de comparer la matière et l'antimatière. Jerry Gabrielse explique : "Notre objectif à long terme est de tenter d'observer avec une grande précision cet antiatome et, en comparant l'atome d'antimatière le plus simple qui soit et l'atome de matière le plus simple qui soit, de soumettre les théories physiques de base à un test décisif."

Ces nouvelles arrivent peu de temps après qu'ATHENA, une autre expérience avec le Décélérateur d'antiprotons, eut annoncé avoir observé de l'antihydrogène froid. En employant une technique de détection entièrement différente de celle d'ATHENA, l'expérience ATRAP, en offrant pour la première fois un aperçu de la structure interne de l'antihydrogène, a montré que les chercheurs du CERN sont fermement engagés sur la voie conduisant à la connaissance de la première case du tableau périodique des anti-éléments. ATHENA comme ATRAP emploient des techniques similaires pour capturer les constituants de l'antihydrogène, à la mise au point desquelles l'équipe de Gabrielse a consacré de nombreuses années. L'emploi de méthodes de détection différentes par ces deux expériences renforce le résultat, et cela laisse bien augurer des futures études sur l'antihydrogène au CERN.

Dans une seconde communication soumise aux Physical Rewiew Letters et actuellement considérée en vue de sa publication, ATRAP annonce une méthode de production de l'antihydrogène encore plus efficace, dans laquelle les antiprotons sont conduits à des collisions répétées avec des positons froids. Le taux de production est suffisamment élevé pour permettre de mesurer pour la première fois une distribution des états de l'antihydrogène.

Pour plus d'informations, voir : SITE WEB!

Note(s)

1. Institutions participant à la Collaboration ATRAP:

  • Department of Physics, Harvard University, Cambridge, MA 01238, USA
  • IKP, Forschungzentrum, Jülich GmbH, 52425 Jülich, Germany
  • CERN, CH-1211 Geneva 23, Switzerland
  • Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermnann-Strasse 1, 85748 Garching, Germany
  • York University, Department of Physics and Astronomy, Toronto, Ontario M3J 1P3, Canada

2. Le CERN, Laboratoire européen de physique des particules, siège à Genève. Actuellement, il se compose des Etats membres suivants : Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République slovaque, République tchèque, Royaume-uni, Suède et Suisse. Israël, le Japon, la Fédération de Russie, les Etats-Unis d'Amérique, la Turquie, la Commission européenne et l'UNESCO ont le statut d'observateur.

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