La mesure la plus précise à ce jour de la constante de structure fine

Publié par Adrien le 12/12/2020 à 09:00
Source: CNRS
La validation et l'application des théories physiques nécessitent l'utilisation de grandeurs universelles: les constantes fondamentales. Une équipe de recherche française vient d'effectuer la mesure la plus précise à ce jour de la constante de structure fine, qui caractérise la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) entre la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) et les particules élémentaires chargées, comme les électrons.

Cette valeur est à présent attribuée avec 11 chiffres significatifs, améliorant d'un facteur 3 la précision de la dernière mesure en date. Les scientifiques ont atteint une telle exactitude en perfectionnant leur dispositif expérimental, afin de réduire les imprécisions et de contrôler les effets susceptibles de perturber la mesure. L'expérience consiste à refroidir des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) de rubidium (Le rubidium est un élément chimique, de symbole Rb et de numéro atomique 37.) à une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) proche du zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr,...) absolu. Ces derniers reculent lors de l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) de photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...) lumineux à une vitesse (On distingue :) qui dépend de leur masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) et la mesure très précise de ce phénomène permet d'affiner la connaissance de la constante de structure fine (La constante de structure fine, représentée par la lettre grecque α, est une...).


Illustration de la mesure expérimentale de la constante de structure fine. Les motifs du fond de l'image représentent les véritables diagrammes de Feynman utilisés qui contribuent au calcul de la valeur théorique du l'anomalie du moment magnétique (En magnétostatique, soit une distribution de courants permanents à support compact de volume V.) de l'électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...) (calculé en utilisant, entre autres, la constante de structure fine). En couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes...) est représenté le schéma de l'interféromètre atomique utilisé pour la mesure de la vitesse de recul des atomes.
© Pierre Cladé, Saïda Guellati-Khélifa et Tatsumi Aoyama

Ces résultats, parus dans Nature le 3 décembre, ouvrent de nouvelles voies pour évaluer les prédictions théoriques du modèle standard. L'utilisation de constantes plus précises pourrait permettre de répondre à des questions fondamentales comme celle de l'origine de la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre), traduction de l’anglais...) dans l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).

Bibliographie
Determination of the fine-structure constant with 81 parts-per-trillion accuracy,
Léo Morel, Zhibin Yao, Pierre Cladé, Saïda Guellati-Khélifa, Nature, le 2 décembre 2020.
DOI:10.1038/s41586-020-2964-7
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