Onze heures pour le charger, des mois pour l'observer
Des physiciens de l'université Northwestern ont retenu un positron unique — le jumeau antimatière de l'électron — dans un piège pendant des mois et contrôlé son état quantique saut par saut. L'équipe qualifie le dispositif de « cyclotron quantique à un positron ». Leurs résultats ont été publiés dans Physical Review Letters le 21 octobre.
Mettre la particule en place est un travail lent. Le chargement prend entre huit et onze heures, car le piège doit capturer un positron depuis une source et le refroidir sans le laisser toucher la matière ordinaire, où il s'annihilerait dans un éclair de rayons gamma. Une fois capturé, il se trouve à environ 0,3 kelvin dans un vide quasi parfait, maintenu par des champs électriques et magnétiques combinés.
Pourquoi l'antimatière est difficile à retenir
Dans un piège de Penning cryogénique, le mouvement du positron est quantifié. L'équipe a résolu ses niveaux cyclotron et de spin les plus bas et utilisé des micro-ondes pour élever les niveaux d'énergie et inverser le spin, en guettant de minuscules décalages de fréquence. Thomas Myers, doctorant dans le laboratoire de Gerald Gabrielse, est le premier auteur. Le groupe de Gabrielse avait utilisé la même approche avec un électron unique pour mesurer le moment magnétique de l'électron à environ une partie sur 10 000 milliards, l'une des mesures les plus précises jamais réalisées sur une particule.
La mesure encore à venir
C'est là tout l'enjeu de la comparaison. Le Modèle standard prédit qu'une particule et son jumeau antimatière doivent avoir des moments magnétiques de même grandeur et de signe opposé. Toute différence mesurable briserait une symétrie appelée CPT et pourrait aider à expliquer pourquoi l'univers contient si peu d'antimatière. Le nouveau piège rend le test possible mais ne l'a pas encore réalisé. Des physiciens indépendants décrivent la plateforme comme une sonde puissante plutôt que comme un résultat abouti.
La prochaine étape consiste à répéter la mesure de l'électron avec le positron et à comparer les deux nombres, avec une précision qui confirmerait le tableau standard ou y ouvrirait une fissure.