Le mystère de l’Hélium défie les scientifiques

Un des éléments les plus simples de la nature donne du fil à retordre aux scientifiques. De nouvelles recherches démontrent que les protons et neutrons dans les atomes d’hélium ne se comportent pas comme prévu par la théorie. Cette divergence pourrait révéler une physiqueau-delà du Modèle Standard, le modèle dominant décrivant les particules subatomiques. Une étude publiée en avril dans la revue Physical Review Letters montre une incohérence entre la théorie et l’expérimentation. Les chercheurs ont soumis un contenant d’atomes d’hélium à un faisceau d’électrons, induisant un état excité temporaire du noyau de l’hélium. Ils ont découvert que la réaction des protons et des neutrons divergeait significativement des prédictions théoriques, confirmant ainsi les conclusions tirées d’expériences antérieures.

Le noyau de l’hélium est composé de deux protons et deux neutrons. Résoudre cette divergence pourrait nous aider à comprendre d’autres phénomènes exotiques, comme la fusion ayant lieu au cœur des étoiles à neutrons.

La première divergence entre la théorie et l’expérimentation est apparue en 2013. Sonia Bacca a dirigé les calculs sur le noyau de l’hélium. Elle et ses collègues ont trouvé des résultats divergeant fortement des données expérimentales. Cependant, les données expérimentales utilisées pour la comparaison remontaient aux années 1980 et comportaient de grandes incertitudes.

Simon Kegel, auteur principal de la nouvelle étude, a souligné que les installations actuelles de son université à Mayence, en Allemagne, est capable de réaliser ces même mesures mais avec une très haute précision.

Le problème complexe des interactions nucléaires est généralement simplifié par la théorie des champs effectifs (EFT). Cependant, lorsque les chercheurs ont utilisé une version améliorée de l’EFT, les prédictions théoriques divergeaient encore plus des phénomènes observés.

Pour vérifier l’ampleur de cette divergence, Simon Kegel et son équipe ont utilisé l’accélérateur d’électrons MAMI pour bombarder un contenant d’atomes d’hélium. Deux paramètres ont permis d’améliorer la précision des mesures: la densité des atomes d’hélium dans le contenant et l’intensité du faisceau d’électrons à basse énergie.

Les résultats n’ont pas résolu l’énigme. L’arrivée en 2024 de l’accélérateur supraconducteur MESA à Mayence pourrait offrir une vision plus détaillée de la frontière basse énergie du Modèle Standard.