La taille du proton revisitée, la physique bousculée

Début juillet, l'information a fait la une de Nature, une des plus grandes revues scientifiques au monde : le proton, l'un des constituants fondamentaux de la matière, serait plus petit que ce que l'on pensait jusqu'à présent.

La couverture de Nature (photo) a de quoi troubler un physicien. Quelle est cette boule dont on mesure le diamètre avec un pied à coulisse ? Un proton ! Mais, comment se fait-ce ? s'insurge le physicien pour qui les protons sont quantiques, donc objets non mesurables par un pied à coulisse, objet classique s'il en est... Car en effet, cette nouvelle mesure a nécessité la conception d'un laser infra-rouge complexe, testé depuis 2002. Une équipe française (CNRS/ENS Paris/UPMC) s'est notamment illustrée dans ce domaine.

En résumé très lapidaire, les physiciens ont fabriqué des atomes d'hydrogène spéciaux, dit "hydrogène muonique", c'est-à-dire où l'électron est remplacé par un muon. Car, la mesure de l'énergie du muon par laser (il faut faire vite car la durée de vie d'un muon est de deux millionièmes de seconde) permet de déterminer la masse du proton d'une manière dix fois plus précise qu'avec un électron.

Mais les physiciens sont tombés sur un os à ronger : la mesure du diamètre du proton qu'ils ont obtenue diffère de celui obtenu en utilisant des électrons. Il est de 0,842 femtomètre au lieu de 0,877 femtomètre. La différence ne saute pas aux yeux du néophyte, mais pour les physiciens elle est d'importance. Deux explications sont pour l'instant avancées : soit la théorie de l'électrodynamique quantique, qui est l'une des clefs de voûte de la physique actuelle, a du plomb dans l'aile, soit la valeur actuelle d'une constante fondamentale de la physique, dite de Rydberg, utilisée dans l'interprétation de l'expérience n'a pas la valeur qu'on lui accorde. En tous cas, c'est grave... semblent penser les auteurs de l'article et l'editorial board de Nature.

Dans un commentaire publié par Nature, le physicien britannique Jeff Flowers, du National Physical Laboratory de Teddington, affirme même que la fine équipe de laséristes et de physiciens atomiques pourrait avoir pris la piste d'une physique au-delà du modèle standard... Dans tous les cas, les chercheurs envisagent de reproduire prochainement cette expérience en remplaçant cette fois l'hydrogène par de l'hélium.

D'après science² et communiqué de presse