En 2010, une équipe de chercheurs venaient ébranler les principes sur lesquels repose la physique. Comment ? En mesurant un rayon du proton de seulement 4 % inférieur à ce que les scientifiques tenaient alors pour acquis. Depuis, entre confirmations et infirmations, la communauté était dans le doute. Et aujourd'hui, des travaux réalisés à l'université York (Canada) avancent le nouveau chiffre de 0,833 femtomètre - à 0,010 femtomètre près -, soit 0,833.10-15 mètres et 5 % moins que la valeur admise avant 2010.
« C'est la mesure la plus compliquée que nous avons tentée dans notre laboratoire », raconte Eric Hessels, physicien. Du fait de l'extrême précision requise, huit années de travail ont été nécessaires à son équipe pour arriver à un résultat.
La fin d’un mystère ?
Le physicien rappelle que l'étude de 2010 a été la première à avoir recours à l'hydrogène muonique - dans lequel l'électron est remplacé par un muon - pour déterminer la taille du proton. Avant, les chercheurs comptaient sur de l'hydrogène ordinaire. Et en 2017 et 2018, deux nouvelles mesures basées sur de l'hydrogène classique avaient mené à des résultats discordants. L'objectif de l'équipe de l'université York était de réconcilier ces deux points de vue.
Les chercheurs ont pu conclure grâce à une mesure de haute précision à l'aide d'une technique dite des champs oscillatoires séparés par décalage de fréquence (Fosof) qu'ils ont spécialement développée. À la base, un faisceau d'atomes d'hydrogène rapide créé en faisant passer des protons à travers une cible d'hydrogène moléculaire gazeux. Et la méthode leur a finalement permis d'effectuer une mesure du rayon du proton comparable à la mesure basée sur le muon de l'étude de 2010.
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