Pourquoi le proton a « maigri » puis repris du poids express
Pour connaître la taille réelle du proton, les physiciens ont remplacé l'électron de l'atome d'hydrogène par son jumeau lourd, le muon. Tel une loupe à fort grossissement, le muon s'approche au plus près du noyau et « tâte » le proton avec une précision inégalée. La spectroscopie a montré que le proton est environ 4 % plus compact que ne le laissaient penser les anciennes expériences avec l'électron ordinaire.
C'était un défi pour le modèle standard et son principe d'universalité des leptons, l'idée que toutes les particules légères obéissent aux mêmes lois de l'électricité. On aurait dit que deux loupes différentes donnaient des images contradictoires du même objet.
Cependant, une vérification des anciennes données a révélé un défaut. Il s'est avéré que la « loupe électronique » avait une erreur non détectée : elle déformait légèrement l'image. Après ajustement, les deux loupes ont convergé vers la même taille. Le mystère s'est dissipé, la physique a survécu.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2604.15546
Pohl et al. measured the energy difference between the 2P and 2S states of muonic hydrogen and used it to determine a precise value of the proton radius. The result disagreed significantly from values extracted from electronic hydrogen and elastic electron-proton scattering. This discrepancy was exciting because it indicated a breakdown of Coulomb's law. In more technical terms, the discrepancy indicated that a fundamental property of the Standard Model, known as lepton universality, could be violated. This chapter explains the origins, meaning and significance of the puzzle. A resolution, based on very recent experiments, is stated. The proton radius puzzle is no more.
Le muon se désintègre en 2 microsecondes. Pendant ce temps, la lumière ne parcourt que 600 mètres. Mais cela suffit pour que l'hydrogène muonique donne la mesure la plus précise du proton de l'histoire.