Une nouvelle méthode d’étude de la matière exotique aide à étudier la physique atomique et des particules


L'exotique est dans notre mire

(Ci-dessus) L’extérieur de l’appareil installé dans un accélérateur de particules de l’installation J-PARC à Tokai, préfecture d’Ibaraki, au nord de Tokyo. (En bas à gauche) Les composants électroniques dont un capteur de haute précision. (En bas à droite) Une microscopique détaillée du capteur au silicium qui effectue les observations. Source : Torii et al.

Les physiciens ont développé une nouvelle d’ détails sur la structure et la composition des matériaux qui améliore les méthodes précédentes. La spectroscopie traditionnelle modifie la fréquence de la lumière tombant sur un échantillon au fil du temps pour révéler des détails à son sujet. La nouvelle technique, la spectroscopie d’oscillation Rabi, n’a pas à examiner une large gamme de fréquences et peut donc fonctionner beaucoup plus rapidement. Cette méthode pourrait être utilisée pour remettre en question nos meilleures théories sur la matière afin d’acquérir une meilleure compréhension de l’univers matériel.

Bien que nous ne puissions pas les voir à l’œil nu, nous connaissons tous les atomes qui composent la matière. Les accumulations de protons positifs, de neutrons neutres et d’électrons négatifs conduisent à toute la matière avec laquelle nous interagissons. Cependant, il existe des formes de matière plus exotiques, y compris des atomes exotiques, qui ne sont pas constituées de ces trois composants de base. Par exemple, le muonium est comme l’hydrogène, qui a généralement un électron en orbite autour d’un proton, mais au lieu du proton a une particule de muon chargée positivement.

Les muons sont importants dans la physique moderne car ils permettent aux physiciens de tester nos meilleures théories sur la matière, telles que l’électrodynamique quantique ou le modèle standard, avec une précision extrêmement élevée. Cela en soi est important car ce n’est que lorsqu’une théorie robuste est poussée à l’extrême que des fissures peuvent se former qui pourraient indiquer où de nouvelles théories plus complètes sont nécessaires, et même ce qu’elles pourraient être. Pour cette raison, les recherches sur le muonium présentent un grand intérêt pour les physiciens, mais ont jusqu’à présent échappé à l’observation détaillée.

« Le muonium est un à très courte durée de vie, il est donc important de faire des observations rapides avec la puissance la plus élevée possible afin d’obtenir le meilleur signal du temps d’observation limité », explique le professeur agrégé Hiroyuki A. Torii de la Graduate School of Science. à l’Université de Tokyo. « Les méthodes spectroscopiques traditionnelles nécessitent des observations répétées sur une gamme de fréquences pour trouver la fréquence clé particulière que nous recherchons, connue sous le nom de fréquence de résonance, et cela prend du temps. »

Par conséquent, Torii et son équipe ont développé une nouvelle méthode spectroscopique qui utilise un effet physique bien compris, l’oscillation de Rabi. La spectroscopie d’oscillation Rabi n’a pas besoin de rechercher des signaux de fréquence pour transmettre des informations sur un atome. Au lieu de cela, il examine les données brutes du capteur ou du domaine temporel sur une période de temps plus courte et fournit des informations basées sur celles-ci. Cette nouvelle méthode offre d’énormes améliorations de la précision.

« L’étude des atomes exotiques nécessite des connaissances en physique atomique de basse énergie et en physique des particules de haute énergie. Cette combinaison de disciplines au sein de la physique suggère que nous sommes sur la voie d’une compréhension plus complète de notre univers matériel », a déclaré Torii. « Je suis curieux de voir comment les physiciens utilisent la spectroscopie d’oscillation Rabi pour regarder de plus en plus profondément dans le monde des atomes exotiques avec des particules et des isotopes inhabituels et d’autres types de matière qui sont créés dans les accélérateurs de particules du monde entier. »


Découverte d’une nouvelle particule exotique de matière, un tétraquark


Plus d’information:
S. Nishimura et al., Spectroscopie d’oscillation Rabi de la structure hyperfine des atomes de myonium, Lettres d’examen physique (2021). arXiv : 200712386 [hep-ex] arxiv.org/abs/2007.12386

Fourni par l’Université de Tokyo

citation: Une nouvelle méthode d’étude de la matière exotique à étudier la physique atomique et des particules (2021, 9 août), consulté le 9 août 2021 sur https://phys.org/news/2021-08-probe-exotic-aids-atomic-particle .html

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