Le Modèle standard de la physique des particules décrit toutes les particules fondamentales connues et les forces qui s’exercent entre elles. D’après la symétrie charge-parité, qui fait partie de ce modèle, les propriétés fondamentales des particules devraient être égales en valeur, et de signe opposé, à celles de leurs antiparticules correspondantes. Toute différence mesurée en ce qui concerne la masse, la charge, la durée de vie ou le moment magnétique entre matière et antimatière pourrait permettre de comprendre pourquoi il y a davantage de matière que d’antimatière dans l’Univers.
L’expérience BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) au CERN comparera le moment magnétique du proton et de l’antiproton afin d’étudier les différences entre la matière et l’antimatière.
Le dispositif expérimental est constitué de deux pièges de Penning, lesquels maintiennent en place les particules au moyen de champs électromagnétiques. L’équipe a pour objectif de mesurer le moment magnétique de l’antiproton avec une précision encore inégalée de l’ordre du milliardième.
Mesurer directement le moment magnétique nécessite de mesurer deux fréquences : la fréquence Larmor, qui caractérise la précession du spin d’une particule, et la fréquence cyclotron, qui décrit l’oscillation d’une particule chargée soumise à un champ magnétique.
Le double piège de Penning de l’expérience BASE sépare les mesures de fréquence Larmor et de fréquence cyclotron de l’analyse de l’état du spin. Deux pièges sont utilisés pour les mesures : le piège d’analyse, qui permet de déterminer le spin de la particule, et le piège de précision, qui provoque un renversement du spin de la particule tout en mesurant la fréquence cyclotron.
Deux autres pièges sont également utilisés. Le piège de contrôle traquera d’éventuelles variations dans le champ magnétique causées par des sources extérieures, ce qui permettra à l’équipe BASE de réaliser des ajustements en temps réels des pièges principaux pendant la réalisation des mesures. Le piège réservoir, qui stockera des antiprotons pendant des mois d’affilée, permettant ainsi à la collaboration BASE de continuer à fonctionner même en l’absence de faisceau.
En juin 2014, la collaboration BASE a annoncé avoir réalisé la première mesure directe de haute précision du moment magnétique du proton, avec une précision de 3,3 milliardièmes. Durant les période exploitation avec faisceaux en 2014, l’équipe a réalisé de nouvelles mesures du moment magnétique de l’antiproton auprès du Décélérateur d’antiprotons (AD) du CERN.
