Charge Radius Experiment with Muonic Atoms
Muonic helium spectroscopyUne autre expérience : la spectroscopie de l’hélium muonique
La valeur du rayon de charge du proton obtenue par spectroscopie de l’hydrogène muonique diffère de 7 sigma de la valeur donnée par le CODATA 2010. L’origine de ce désaccord n’est pas connue à l’heure actuelle.
Pour essayer de résoudre cette énigme, la collaboration internationale CREMA réunie autour du rayon du proton a choisi d’étudier par spectroscopie laser plusieurs transitions 2S-2P dans l’hélium muonique (ions et ). Cette expérience donne accès aux rayons de la particule alpha et de l”hélion”. La comparaison des résultats obtenus avec ceux d’une expérience en cours sur l’ à Garching (MPQ), permettra de tester les calculs d’électrodynamique quantique dans les systèmes atomiques et peut-être de tirer au clair le désaccord observé pour le rayon du proton.
Le principe de l’expérience, qui a été menée en 2013 et 2014 à l’Institut Paul Scherrer, est de stopper des muons négatifs dans un gaz d’hélium : des ions très excités sont formés dont environ 2% se désexcitent vers le niveau métastable 2S. Une impulsion laser dans la gamme de longueur d’onde 800-970 nm induit alors la transition vers un niveau 2P ; celle-ci est détectée par la fluorescence qui en résulte à 8 keV sur la transition 2P-1S. Sauf pour le système laser et les photodiodes de détection, le dispositif expérimental est semblable à celui utilisé pour l’hydrogène muonique.
Les niveaux d’énergie et les différentes transitions 2S-2P sont représentés ci-dessous.
Deux résonances ont été observées dans l’ion He4+ :
- à 813 nm,
- à 899 nm,
ainsi que trois résonances dans l’ion He3+ :
- à 863 nm,
- à 960 nm,
- à 964 nm.
L’analyse complète des résultats est en cours.