En 2010, une nouvelle méthode de détermination du rayon du proton reposant sur l'usage d'un hydrogène muonique et réputée d'une grande précision avait révélé une valeur de 0,84 femtomètre. Une valeur de presque 4 % inférieure à celle de 0,88 femtomètre qui était jusqu'alors obtenue par les méthodes classiques de diffusion d’électrons ou de spectroscopie atomique. Depuis, les chercheurs rivalisent d'imagination pour mettre en œuvre des expériences de plus en plus précises visant à établir, une fois pour toutes, la taille de la particule.

En septembre dernier, une équipe de l'université de York (Canada) est ainsi parvenue à mesurer, avec une précision inégalée et par interférométrie de Ramsey - une technique qui apparaît aussi dans les horloges atomiques -, la différence d'énergie entre deux états excités de l'électron d'un atome d'hydrogène ordinaire. Une mesure qui permet de remonter au rayon du proton alors établi à 0,833 ± 0,010 femtomètre.

Des mesures de plus en plus précises et fiables

Aujourd'hui, une autre équipe constituée de chercheurs du Jefferson Lab (États-Unis) affirme avoir mis en œuvre des améliorations clés dans la technique de diffusion élastique des électrons sur les protons. Les physiciens ont ainsi eu accès à des fourchettes plus larges de transferts d'énergie, leur permettant d'assurer la cohérence de leurs données. Grâce à un calorimètre électromagnétique, ils ont aussi pu éviter le recours générateur d'erreurs à un spectromètre magnétique. Ils se sont enfin appuyés sur des mesures relatives plutôt qu'absolues et sont parvenus à limiter le bruit de fond.

Selon les physiciens du Jefferson Lab, le résultat obtenu est particulièrement fiable. Il donne un rayon du proton de 0,831 ± 0,014 femtomètre. De quoi confirmer que le proton est bien plus petit qu'initialement prévu.

Futura Sciences

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