Une équipe française perfectionne la mesure d’une constante fondamentale de la physique

Physique

La validation et l’application des théories physiques nécessitent l’utilisation de grandeurs universelles : les constantes fondamentales. Une équipe de recherche française1 vient d’effectuer la mesure la plus précise à ce jour de la constante de structure fine, qui caractérise la force de l’interaction entre la lumière 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 date2. 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 de rubidium à une température proche du zéro absolu. Ces derniers reculent lors de l’absorption de photons lumineux à une vitesse qui dépend de leur masse et la mesure très précise de ce phénomène permet d’affiner la connaissance de la constante de structure fine.  Ces résultats, parus dans Nature le 3 décembre, ouvrent de nouvelles voies pour évaluer les prédictions théoriques du modèle standard3. L’utilisation de constantes plus précises pourrait permettre de répondre à des questions fondamentales comme celle de l’origine de la matière noire dans l’Univers.

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 de l'électron (calculé en utilisant, entre autres, la constante de structure fine). En couleur 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

 

  • 1. Les physiciens et physiciennes travaillent au Laboratoire Kastler Brossel (CNRS/Sorbonne Université/ENS Paris/Collège de France) et au Conservatoire national des arts et métiers (CNAM).
  • 2. La nouvelle valeur de la constante de structure fine est 1/α = 137,035999206 (avec une précision relative de 81 parties par trillions)
  • 3. Le modèle standard de la physique des particules étudie les composants élémentaires de la matière.
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

Contact

Saïda Guellati-Khélifa
Professeure au CNAM
Pierre Cladé
Chercheur CNRS
François Maginiot
Attaché de presse CNRS