Spectroscopie par rayons-X des atomes antiprotoniques – PAX

De nombreuses observations expérimentales montrent que le modèle standard n'est pas complet. Les mesures de précision dans les systèmes quantiques constituent l'un des terrains privilégiés pour la recherche de la nouvelle physique, car de nouvelles particules peuvent se coupler aux atomes, provoquant d'infimes changements dans la structure atomique qui peuvent être mesurés avec les méthodes les plus modernes. Ces recherches reposent sur une compréhension précise de l'électrodynamique quantique (QED), la théorie qui décrit l'interaction entre la lumière et les particules chargées. Alors que la QED est bien comprise pour les systèmes légers tels que l'atome d'hydrogène, pour les atomes de Z élevé dans le régime du champ de Coulomb fort, la théorie reste non testée au-delà des interactions du premier ordre. Ceci est dû à la fois aux complications expérimentales et aux incertitudes théoriques liées aux propriétés nucléaires inconnues.
Je propose une nouvelle approche pour tester la QED en champ fort via la spectroscopie aux rayons X d'atomes antiprotoniques. Les forts champs de Coulomb dans ces systèmes agissent comme une loupe pour les effets QED qui deviennent plus faciles à mesurer. En utilisant les transitions entre les états de Rydberg, les incertitudes liées aux propriétés nucléaires peuvent être évitées et une sensibilité de deux ordres de grandeur peut être gagnée par rapport aux meilleures expériences actuelles, rendant enfin possible le test de la QED à champ fort pour une large gamme d'espèces atomiques.
Ce projet repose sur la combinaison inédite de deux nouvelles technologies : les faisceaux d'antiprotons lents du CERN et les détecteurs de rayons X à détection quantique. La compatibilité de ces deux technologies nécessite de nouveaux développements qui conduiront à une plateforme de spectroscopie dédiée aux rayons X pour les atomes antiprotoniques, avec des applications transversales dans la physique nucléaire et les recherches de la nouvelle physique.