Quelle est la taille du proton ?
Le proton, l'un des constituants fondamentaux de la matière, serait plus petit que ce que l'on pensait jusqu'à présent. Tel est le résultat établi de manière expérimentale par une collaboration internationale de physiciens, à laquelle participe le Laboratoire Kastler Brossel (ENS Paris / UPMC / CNRS). Obtenue avec une extrême précision, cette nouvelle mesure du rayon du proton pourrait remettre en cause certaines prédictions de l'électrodynamique quantique, l'une des théories fondamentales de la physique quantique, ou bien la valeur de la constante de Rydberg (constante physique la plus précise à ce jour).
Les noyaux des atomes sont constitués de protons et de neutrons. Autour de ces noyaux, gravitent les électrons. Ces trois éléments (protons, neutrons et électrons) constituen tpratiquement toute la matière terrestre. Alors que l'électron est considéré comme une particule « sans taille », le proton, qui est constitué de quarks, est un objet étendu. Jusqu'à présent, seules deux méthodes avaient permis de mesurer son rayon. Basées sur l'étude des interactions entre un proton et un électron, elles s'intéressent soit aux collisions entre un électron et un proton, soit à l'atome d'hydrogène (atome constitué d'un électron et d'un proton). La valeur ainsi obtenue, celle utilisée par les physiciens, est de 0,877 femtomètre (1) (à +/- 0,007).
Pour déterminer plus précisément le rayon des protons, les physiciens ont utilisé de «l'hydrogène muonique » au sein duquel l'électron est remplacé par un muon, une particule élémentaire chargée négativement. « Cette idée remonte aux années 70 », précise François Nez, chercheur CNRS au Laboratoire Kastler Brossel (LKB). « Toutefois, il fallait que les techniques évoluent pour qu'elle soit réalisable ». L'atome d'hydrogène, qui est le plus simple existant, a souvent été le meilleur objet pour étudier des questions fondamentales en physique. Mais, pourquoi