Hélium antiprotonique - Antiprotonic helium
L'hélium antiprotonique est un atome à trois corps composé d'un antiproton et d'un électron en orbite autour d'un noyau d' hélium . Il est donc fait en partie de matière et en partie d'antimatière. L'atome est électriquement neutre, puisque les électrons et les antiprotons ont chacun une charge de -1, tandis que les noyaux d'hélium ont une charge de +2.
Production
Ces atomes exotiques peuvent être produits en mélangeant simplement des antiprotons avec de l'hélium gazeux ordinaire; l'antiproton enlève spontanément l'un des deux électrons contenus dans un atome d'hélium normal dans une réaction chimique, puis commence à orbiter autour du noyau d'hélium à la place de l'électron. Cela se produira dans le cas d'environ 3% des antiprotons introduits dans l'hélium gazeux. L'orbite de l'antiproton, qui a un grand nombre quantique principal et un nombre quantique de moment angulaire d'environ 38, se trouve loin de la surface du noyau d'hélium. L'antiproton peut ainsi orbiter autour du noyau pendant des dizaines de microsecondes, avant de finalement tomber à sa surface et de s'annihiler .
Spectroscopie laser
Les atomes d'hélium antiprotoniques sont à l'étude dans le cadre de l' expérience ASACUSA au CERN . Dans ces expériences, les atomes sont d'abord produits en arrêtant un faisceau d'antiprotons dans l'hélium gazeux. Les atomes sont ensuite irradiés par de puissants faisceaux laser, qui font résonner les antiprotons qu'ils contiennent et sauter d'une orbite atomique à une autre.
Mesure du rapport de masse entre l'antiproton et l'électron
En mesurant la fréquence particulière de la lumière laser nécessaire pour faire résonner l'atome, l' expérience ASACUSA a déterminé la masse de l'antiproton, qu'ils mesuraient à1 836 .153 6734 (15) fois plus massive qu'un électron . C'est la même chose que la masse d'un proton «régulier», dans la limite du niveau de certitude de l'expérience. Ceci est une confirmation d'une symétrie fondamentale de la nature appelée CPT (abréviation de charge, parité et inversion du temps). Cette loi dit que toutes les lois physiques resteraient inchangées sous l'inversion simultanée de l' axe des charges , de la parité des axes spatiaux et de l'orientation de l' axe des temps . Une prédiction importante de cette théorie est que les particules et leurs antiparticules devraient avoir exactement la même masse.
Comparaison des masses et charges d'antiprotons et de protons
En comparant les résultats ci-dessus sur la spectroscopie laser de l'hélium antiprotonique avec des mesures séparées de haute précision de la fréquence cyclotronique de l'antiproton effectuées par les collaborations ATRAP et BASE au CERN, la masse et la charge électrique de l'antiproton peuvent être précisément comparées aux valeurs des protons. Les mesures les plus récentes montrent que la masse de l'antiproton (et la valeur absolue de la charge) est la même que celle du proton avec une précision de 0,5 partie sur un milliard.
Ions d'hélium antiprotoniques
Un ion d'hélium antiprotonique est un objet à deux corps composé d'un noyau d'hélium et d'un antiproton en orbite. Il a une charge électrique de 0. Des ions froids avec des durées de vie allant jusqu'à 100 ns ont été produits par l'expérience ASACUSA en 2005.