L’usine d’antimatière du CERN est le seul endroit au monde où l’on produit des antiprotons de basse énergie (les antiprotons étant les équivalents des protons dans l’antimatière). Elle pourrait également, dans un avenir pas si lointain, être le premier site où l’on assure l’expédition d’antiprotons piégés vers d’autres installations. Le 17 mars 2021, la Commission de la recherche du CERN a approuvé le développement de deux nouvelles expériences de transport d’antiprotons depuis l’usine d’antimatière vers d’autres installations, pour des études sur l’antimatière ou des recherches en physique nucléaire. Ces expériences, baptisées BASE-STEP et PUMA, sont suffisamment compactes pour être transportées dans une simple camionnette.
BASE-STEP est une déclinaison du dispositif de l’expérience BASE, constitué d’un système de pièges permettant de stocker et d’étudier dans le détail les antiprotons produits par l’usine d’antimatière. L’équipe de BASE peut ainsi mesurer les propriétés des antiprotons et les comparer à celles des protons afin de déterminer s’il existe des différences entre les deux. Si de telles différences venaient à être découvertes, elles pourraient permettre de mieux comprendre le déséquilibre entre matière et antimatière dans l’univers. BASE ne cesse d’accroître la précision de ses mesures, mais cette précision se trouve limitée par les perturbations du champ magnétique du dispositif, causées par l’environnement magnétique de l’usine d’antimatière.
BASE-STEP a été conçu pour être transporté, ce qui permet de placer le dispositif dans une autre installation, au CERN ou ailleurs, présentant un environnement magnétique plus calme, permettant d’effectuer des mesures plus précises. Le système sera composé d’un premier piège qui recevra et relâchera les antiprotons produits par l’usine d’antimatière et d’un second piège qui conservera les antiprotons.
L’expérience PUMA, quant à elle, s’appuie sur un autre système transportable de pièges à antiprotons, avec un objectif scientifique différent. Il s’agit d’acheminer des antiprotons vers ISOLDE, l’installation de physique nucléaire du CERN, en vue d’étudier des phénomènes exotiques de physique nucléaire. PUMA comprendra deux zones de piégeage : une première pour arrêter les antiprotons et une seconde pour accueillir les collisions entre les antiprotons et des noyaux atomiques radioactifs produits à ISOLDE, qui se désintègrent trop rapidement pour pouvoir être transportés.
L’analyse des résultats de ces collisions, qui seront enregistrées par un détecteur de particules entourant la zone de collision, aidera les scientifiques à déterminer les densités respectives des protons et des neutrons à la surface des noyaux. Connaître ces densités permettrait de déterminer si les noyaux ont des caractéristiques exotiques, telles que d’épaisses « peaux » de neutrons, ou des halos étendus de protons ou de neutrons. Ces éléments pourraient permettre de mieux comprendre l’intérieur des étoiles à neutrons.
Les expériences PUMA et BASE-STEP devraient être opérationnelles dès 2023.
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