Des scientifiques trouvent le « nombre magique » qui relie les forces de l’Univers


Les chercheurs améliorent considérablement la précision d’un nombre qui relie des forces fondamentales.

  • Une équipe de physiciens a réalisé des expériences pour déterminer la valeur précise de la constante de structure fine.
  • Ce nombre pur décrit la force des forces électromagnétiques entre les particules élémentaires.
  • Les scientifiques ont amélioré la précision de cette mesure de 2,5 fois.

Les physiciens ont déterminé avec une énorme précision la valeur de ce que l’on a appelé « un nombre magique » et qui est considéré comme l’un des plus grands mystères de la physique par des scientifiques célèbres comme Richard Feynman.

La constante de structure fine (désignée par le grec α pour « alpha ») montre la force des forces électromagnétiques entre les particules élémentaires comme les électrons et les protons et est utilisée dans les formules relatives à la matière et à la lumière.

Ce nombre pur, sans unité ni dimension, est la clé du fonctionnement du modèle standard de la physique. Les scientifiques ont pu améliorer sa précision de 2,5 fois, soit 81 parties par milliard (p.p.t.), en déterminant la valeur de la constante comme étant α = 1/137.03599920611 (les deux derniers chiffres étant encore incertains).

Comme l’écrivent les chercheurs dans leur article, la détermination de la constante de structure fine avec une précision remarquable n’est pas seulement une entreprise complexe mais revêt une importance cruciale « parce que les écarts entre les prédictions du modèle standard et les observations expérimentales peuvent fournir des preuves de la nouvelle physique ». Obtenir une valeur très précise pour une constante fondamentale peut aider à faire des prédictions plus précises et à ouvrir de nouvelles voies et de nouvelles particules, car les physiciens cherchent à concilier leur science avec le fait qu’ils ne comprennent pas encore totalement la matière noire, l’énergie noire et l’écart entre la matière et l’antimatière.

La constante de structure fine, introduite pour la première fois en 1916, décrit la force de l’interaction électromagnétique entre la lumière et les particules élémentaires chargées, comme les électrons et les muons. La confirmation de la constante avec une telle précision cimente davantage les calculs à la base du modèle standard de la physique. D’autres conclusions découlent également de cette connaissance, comme le fait qu’un électron n’a pas de sous-structure et est en fait une particule élémentaire. S’il pouvait être décomposé davantage, il présenterait un moment magnétique qui ne serait pas conforme à ce qui a été observé.

Dans une interview accordée au magazine Quanta, le physicien Eric Cornell, lauréat du prix Nobel (qui n’a pas participé à l’étude), a expliqué qu’il existe des rapports entre les grands objets et les petits qui apparaissent dans « la physique de la matière à faible énergie – atomes, molécules, chimie, biologie ». Et étonnamment, « ces rapports ont tendance à être des puissances de la constante de structure fine », a-t-il ajouté.

Le processus de mesure de la constante de structure fine impliquait un faisceau de lumière provenant d’un laser qui faisait reculer un atome. Les couleurs rouge et bleue indiquent respectivement les pics et les creux de l’onde lumineuse.
Crédit : Nature

Pour cette nouvelle mesure, l’équipe de quatre physiciens dirigée par Saïda Guellati-Khélifa au laboratoire Kastler Brossel à Paris, a utilisé la technique de l’interférométrie des ondes de matière. Cette approche consiste à superposer des ondes électromagnétiques pour créer un modèle d’interférence, qui est ensuite étudié pour obtenir de nouvelles informations. Dans l’expérience particulière visant à obtenir la nouvelle valeur de la constante de structure fine, les scientifiques ont dirigé un faisceau laser sur des atomes de rubidium surrefroidis pour les faire reculer tout en absorbant et en émettant des photons. En mesurant l’énergie cinétique du recul, les scientifiques ont déduit la masse de l’atome, qui a ensuite été utilisée pour déterminer la masse de l’électron. La constante α a été trouvée dans l’étape suivante, à partir de la masse de l’électron et de l’énergie de liaison d’un atome d’hydrogène, à laquelle on est parvenu par spectroscopie.

Consultez le nouvel article publié dans la revue Nature.

Lire aussi : Le cerveau humain présente bien des similitudes avec… l’Univers

Source : Big Think – Traduit par Anguille sous roche


Vous aimerez aussi...

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *