[News] La masse du proton mesurée plus faible que prévu

L'étude des phénomènes naturels...

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Adrien
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[News] La masse du proton mesurée plus faible que prévu

Message par Adrien » 08/08/2017 - 23:00:33

Une équipe de chercheurs en Allemagne a réalisé la mesure la plus précise à ce jour de la masse d'un proton unique (le proton est la particule qui - avec le neutron et l'électron - compose l'ensemble de la matière ordinaire dans l'Univers). Elle a découvert que le proton est environ 30 milliardièmes d'un pour cent plus léger qu'on ne le pensait. Ce résultat constitue une amélioration d'un facteur trois de la précision de la valeur admise par le Comité de données pour la science et la technologie (CODATA) - qui recueille et publie régulièrement les valeurs recommandées des constantes physiques fondamentales. Il diverge de la valeur centrale publiée, à un niveau de 3,3 écarts types, ce qui signifie que la nouvelle valeur est sensiblement différente de la valeur initialement mesurée.


Le dispositif Penning utilisé par les scientifiques de MPIK pour des mesures de précision de la masse de particules uniques. (Image: Max Planck Institute for Nuclear Physics)
La masse du proton est un paramètre fondamental en physique atomique et en physique des particules, influant sur les spectres atomiques et permettant des tests de calculs ultra-précis en électrodynamique quantique, la théorie décrivant la manière dont interagissent la lumière et la matière. En particulier, la comparaison précise de la masse du proton et de celle de l'antiproton constitue un test important d'une symétrie fondamentale du Modèle standard, appelée invariance CPT (charge, parité et temps). Ce résultat pourrait aussi faire la lumière sur d'autres énigmes, par exemple sur les anomalies bien connues dans la masse mesurée de l'isotope d'hydrogène le plus lourd, à savoir le tritium.

Les scientifiques de l'Institut Max Planck de physique nucléaire (MPIK) à Heidelberg et leurs collaborateurs du RIKEN au Japon ont utilisé un dispositif appelé piège de Penning pour stocker des protons isolés et des ions carbone fortement chargés grâce à une combinaison de champs électriques et magnétiques élevés, à une température de 4 degrés Kelvin
(- 269,15 °C). Dans ce piège, le champ magnétique force les particules à se déplacer en cercle. On déduit directement la masse du proton de la mesure des fréquences caractéristiques des particules piégées entraînées dans ce mouvement.

Ces détecteurs ultra-sensibles adaptés aux particules isolées ont été développés en partie par l'équipe du RIKEN, grâce à l'expérience acquise avec des pièges similaires destinés à la recherche sur l'antimatière auprès du Décélérateur d'antiprotons (AD) du CERN. « L'équipe animée par Sven Sturm et Klaus Blaum de l'Institut MPIK, à Heidelberg, qui a réalisé la mesure, possède une grande expérience de l'utilisation du carbone ; l'équipe de BASE, quant à elle, a apporté son expérience de 12 ans de travail sur les protons et les antiprotons, explique Stefan Ulmer, chef de groupe au RIKEN et porte-parole de l'expérience BASE auprès de l'AD. Pour réaliser la mesure du rapport charge sur masse du proton et de l'antiproton, nous avons mis en commun des connaissances, notamment sur les détecteurs de protons ultra-sensibles et la méthode d'acheminement rapide, ou fast shuttling, développée par l'équipe de BASE. »

Alors même que des mesures de contrôle, réalisées avec soin, ont confirmé une série de valeurs publiées de la masse du proton, et montré qu'aucun effet systématique imprévu n'a été révélé par la nouvelle méthode, un tel écart par rapport à la valeur admise incitera probablement d'autres équipes à réexaminer la masse du proton. L'écart observé a déjà incité l'équipe de scientifiques des instituts MPIK et RIKEN à améliorer encore la précision de ses mesures, par exemple en stockant un troisième ion dans le piège et en le mesurant simultanément afin d'éliminer les incertitudes dues aux fluctuations du champ magnétique, qui sont la principale source d'erreurs systématiques dans le dispositif.

« Il est aussi prévu d'ajuster le champ magnétique afin d'obtenir une homogénéité encore plus grande, ce qui réduira les sources supplémentaires d'erreurs systématiques, explique Andreas Mooser, membre de l'équipe de BASE. Les méthodes qui seront mises au point lors de la phase suivante de cette expérience auront un effet positif en vue des futures mesures réalisées par l'équipe, par exemple une précision améliorée de la mesure du rapport charge sur masse du proton et de l'antiproton. »

Le résultat a été publié le 18 juillet 2017 dans la revue Physical Review Letters.

Source: Stefania Pandolfi - Copyright CERN

Gian
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Re: [News] La masse du proton mesurée plus faible que prévu

Message par Gian » 09/08/2017 - 5:06:11

"30 milliardièmes d'un pour cent"
Ça fait le combien-tième chiffre après la virgule ? :_grat:

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Vanos
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Re: [News] La masse du proton mesurée plus faible que prévu

Message par Vanos » 09/08/2017 - 6:37:14

Adrien a écrit : Les scientifiques de l'Institut Max Planck de physique nucléaire (MPIK) à Heidelberg et leurs collaborateurs du RIKEN au Japon ont utilisé un dispositif appelé piège de Penning pour stocker des protons isolés et des ions carbone fortement chargés grâce à une combinaison de champs électriques et magnétiques élevés, à une température de 4 degrés Kelvin
(- 269,15 °C). Dans ce piège, le champ magnétique force les particules à se déplacer en cercle. On déduit directement la masse du proton de la mesure des fréquences caractéristiques des particules piégées entraînées dans ce mouvement.
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Re: [News] La masse du proton mesurée plus faible que prévu

Message par cisou9 » 09/08/2017 - 9:39:11

_________________ :_salut:
Gian a écrit :"30 milliardièmes d'un pour cent"
Ça fait le combien-tième chiffre après la virgule ? :_grat:
Effectivement cet étrange valeur m'avait interpelé donc on 30 10^-9 x 10-² = 0,3 milliardième. Soit 0,3 10^-9.
C'est vraiment pas grand chose_!! ;) ___________
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Re: [News] La masse du proton mesurée plus faible que prévu

Message par tokamac » 09/08/2017 - 15:38:37

Et la masse en kg est de… ?

Et le lien vers le papier de Physical Review Letters est… ?

Isabelle
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Re: [News] La masse du proton mesurée plus faible que prévu

Message par Isabelle » 09/08/2017 - 17:53:37

Voici le lien vers l'étude : https://journals.aps.org/prl/abstract/1 ... 119.033001

Je viens de l'ajouter dans l'article :)

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Re: [News] La masse du proton mesurée plus faible que prévu

Message par JNem19 » 10/08/2017 - 11:36:01

Ces mesures extrêmes peuvent faire penser qu'on veut faire des misères aux diptères (enc.. de muches...) mais peut-être qu'un jour ça nous montrera une erreur de jugement sur ce qu'est le champ de Higgs, ce qu'est la gravitation, voire permettra de peser en continu notre bonne vieille planète (bah oui elle prend de la caillasse et perd son atmosphère, donc sur la balance elle doit bouger...) et qui sait quoi d'autres (les physiciens bien sûr)...

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Re: [News] La masse du proton mesurée plus faible que prévu

Message par Victor » 10/08/2017 - 18:27:14

Déjà le concept de masse est assez fluctuant avec l'énergie, du moins d'après Einstein
Les photons qui touchent notre terre ça a quels effet ? à part l'ionisation et la photosynthèse
En ce qui concerne la recherche en sciences, Je dirais: Cherche encore!

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Re: [News] La masse du proton mesurée plus faible que prévu

Message par JNem19 » 11/08/2017 - 5:11:04

Victor a écrit :Déjà le concept de masse est assez fluctuant avec l'énergie, du moins d'après Einstein
Les photons qui touchent notre terre ça a quels effet ? à part l'ionisation et la photosynthèse
Pour l'essentiel, ça nous chauffe, ce qui est par un léger détail (on serait une grosse boule de glace sinon). L'autre effet majeur est qu'en l'absence de dégazage du manteau, notre atmosphère aurait disparue depuis belle lurette, les courtes longueurs d'onde photolysant la plupart des molécules (dans la haute atmosphère) et le rayonnement particulaire (y compris cosmique) jouant au "billard" avec les atomes résultant évapore notre atmosphère dans l'espace.

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Re: [News] La masse du proton mesurée plus faible que prévu

Message par cisou9 » 11/08/2017 - 10:47:51

_______________ :_salut: __________
JNem19 a écrit :L'autre effet majeur est qu'en l'absence de dégazage du manteau, notre atmosphère aurait disparue depuis belle lurette, les courtes longueurs d'onde photolysant la plupart des molécules (dans la haute atmosphère) et le rayonnement particulaire (y compris cosmique) jouant au "billard" avec les atomes résultant évapore notre atmosphère dans l'espace.
Tu as une références ou un lien sur ce postulat ? ____ :_grat2: ____
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Re: [News] La masse du proton mesurée plus faible que prévu

Message par JNem19 » 11/08/2017 - 16:21:08

Quel postulat ? La perte continuelle d'atmosphère par la Terre est documentée. Une valeur basse de perte est estimée récemment à 90t/jour (1) mais c'est une sous-estimation car la perte n'est pas uniforme et ne couvre pas tous les candidats. A ce rythme l'atmosphère disparaîtrait en 100 milliard d'années.
On soupçonne pour Mars que la perte du champ magnétique fut fatale à son atmosphère (MAVEN) et chaque fois que notre champ s'est inversé il a connu des épisodes très faible (voire nuls) pendant des périodes se comptant en milliers d'années. Une preuve que l'atmosphère n'est pas si stable qu'on le pensait est la mesure d'une pression au sol inférieure à 0,5 bar (2) il y a 2,74 milliards d'années. Or le flux cométaire est considéré stable depuis 3,8 milliards d'années donc le doublement de la pression au sol ne peux venir que du manteau via le volcanisme et la tectonique entre autre (la vie a surtout transformé des gaz en gaz).
Or, pour tenir compte à la fois des indices d'eau liquide très tôt et l'hypothèse orthodoxe du soleil faible, personne n'imagine que la pression originelle de la Terre était inférieure à un bar, voire plusieurs il y a 4 milliards d'années. Les pertes entre 4,5 et 2,74 milliards BP ont donc été impressionnantes (en partie vers la croute, il est vrai). Vénus corrobore avec son rapport D/H indiquant une perte massive d'hydrogène (évasion de C et O également) dans l'espace (et personne ne peux affirmer qu'elle n'a jamais eu de champ magnétique vu sa taille).
La photolyse de l'eau commence dès les UV durs et au delà, le flux particulaire le fait aussi. Le mécanisme de "billard" (spallation) est beaucoup plus efficace en l'absence de champ magnétique mais joue inévitablement. Après il faut le quantifier, j'admets.
Donc je postule sans preuve absolue, c'est vrai, mais ce n'est pas de la fantaisie, juste une bonne hypothèse à tout le moins.

(1) https://phys.org/news/2016-07-curious-c ... phere.html

(2) http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a ... -37059.php

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