Des physiciens de la Northwestern University ont capturé un positon unique et l’ont refroidi jusqu’à son état quantique fondamental dans un piège de Penning, selon une étude publiée dans Physical Review Letters. L’objectif est de mesurer son moment magnétique et le comparer à celui de l’électron pour tester une symétrie fondamentale du modèle standard.
La particule est restée confinée pendant des mois dans le dispositif que l’équipe qualifie de « cyclotron quantique à un seul positon ».
L’étude, dirigée par Gerald Gabrielse, a été publiée dans Physical Review Letters; Thomas Myers, doctorant, en est le premier auteur.
Piéger l’antimatière sans parois
Les positrons proviennent de sodium-22 radioactif, qui les émet avec des énergies pouvant atteindre 546 kiloélectronvolts. Le piège est maintenu à 300 millikelvins, ce qui correspond à une énergie thermique inférieure de plus de 10 ordres de grandeur. Les positrons sont d’abord ralentis dans un modérateur en tungstène. Certains captent alors un électron et forment du positronium, électriquement neutre, qui peut franchir une ouverture de 625 micromètres pour entrer dans la cavité micro-onde presque fermée du piège. À l’intérieur, le champ électrique du piège arrache l’électron, et le positron reste prisonnier. Pour l’instant, le chargement d’un seul positron prend de 8 à 11 heures.
« Si l’on veut conserver de l’antimatière, il faut la garder dans un récipient sans parois », a déclaré Gabrielse à Scientific American. L’équipe a également montré qu’elle pouvait apporter des quantités d’énergie précises grâce à des micro-ondes accordées, et détecter les sauts quantiques individuels du positron.
Un test miroir pour le modèle standard
Le groupe de Gabrielse a déjà utilisé un cyclotron quantique à un seul électron pour mesurer le moment magnétique de l’électron avec une précision d’environ une partie sur 10 billions. La mesure pour le positron, elle, a pris du retard. La meilleure comparaison entre électron et positron remonte toujours à une expérience de 1987, qui avait établi que les deux facteurs g étaient égaux à 2,1 parties par billion près.
Paolo Crivelli, physicien à l’ETH Zurich, a écrit que ce nouveau dispositif ouvre la voie à une précision multipliée par 30 pour le positron.
Selon la symétrie CPT, une particule et son antiparticule doivent avoir des moments magnétiques de même grandeur et de signes opposés. Selon Paolo Crivelli, une différence avérée « remettrait en cause les fondements mêmes » de la théorie quantique des champs relativiste. Elle pourrait aussi aider à expliquer pourquoi l’Univers contient bien plus de matière que d’antimatière.
Roni Harnik, théoricien au Fermilab, qui n’a pas participé à ces travaux, y voit « une avancée passionnante qui va nous permettre de tester une symétrie fondamentale ».
« Les théories actuelles laissent penser qu’il n’y aura aucune différence entre les deux mesures », a déclaré Gabrielse. « Si elles s’avéraient différentes, ce serait la plus grande découverte en physique du siècle dernier. »
Article : « One-positron quantum cyclotron », Physical Review Letters (2026). On arXiv DOI: 10.48550/arxiv.2605.08147
