Tester l’électrodynamique quantique en mesurant l’interaction entre lumière et matière en conditions extrêmes dans les ions lourds
Abstract
Tester l'électrodynamique quantique en mesurant l'interaction entre lumière et matière en conditions extrêmes dans les ions lourds à la constante de Planck réduite ħ = h/2π et à la vitesse de la lumière c.
La nature quantique des champs se traduit par une série de termes correctifs. Plus précisément, au premier ordre en α, on trouve la contribution de la self-énergie de l'électron (associée à la possibilité pour ce dernier d'émettre et de réabsorber un photon virtuel) qui provoque un changement de sa masse effective et de la polarisation du vide (la possibilité de créer des paires virtuelles électron-positron dans le vide) qui change la charge effective de l'électron. Chaque terme correctif correspond à une intégrale à calculer qui est symboliquement représentée par un diagramme, le diagramme de Feynman. Pour les électrons libres, la procédure à suivre pour calculer les corrections est bien établie [1,2] avec, entre autres, des calculs atteignant actuellement l'ordre α 5 pour le calcul du rapport gyromagnétique de l'électron.
Dans les atomes, l'électron est loin d'être libre et interagit pour une durée infinie avec le noyau par l'intermédiaire du champ électromagnétique. Le calcul des prédictions théoriques devient alors beaucoup plus difficile ! Chaque chiffre significatif en plus a ainsi demandé à la communauté des théoriciens un effort considérable, sans qu'ils aient pu s'appuyer sur aucune procédure de calcul quasi automatique comme ce fut le cas avec les particules libres. Pour valider ces prédictions obtenues laborieusement, la spectroscopie de l'hydrogène et des hydrogénoïdes (ions avec un seul électron) a été, et est encore, un des bancs de test les plus précis qu'on puisse imaginer. Pour l'hydrogène et les hydrogénoïdes légers, les prédictions théoriques sont exprimées non seulement en termes d'un développement par rapport à la constante α comme dans le cas de l'électron libre, mais aussi en termes de puissances de Zα où Z est le L'électrodynamique quantique est considérée comme la théorie quantique des champs la plus testée. Néanmoins, certains désaccords persistent entre expériences et calculs théoriques. De nouveaux tests sont donc nécessaires, en particulier dans le régime des champs extrêmes que l'on rencontre dans les ions lourds. Récemment, une mesure de haute précision, basée sur la spectroscopie de rayons X de l'uranium héliumoïde, a atteint une précision record. Pour la première fois, des prédictions non perturbatives d'électrodynamique quantique d'ordre élevé ont ainsi pu être confirmées.
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AB - Tester l'électrodynamique quantique en mesurant l'interaction entre lumière et matière en conditions extrêmes dans les ions lourds à la constante de Planck réduite ħ = h/2π et à la vitesse de la lumière c. La nature quantique des champs se traduit par une série de termes correctifs. Plus précisément, au premier ordre en α, on trouve la contribution de la self-énergie de l'électron (associée à la possibilité pour ce dernier d'émettre et de réabsorber un photon virtuel) qui provoque un changement de sa masse effective et de la polarisation du vide (la possibilité de créer des paires virtuelles électron-positron dans le vide) qui change la charge effective de l'électron. Chaque terme correctif correspond à une intégrale à calculer qui est symboliquement représentée par un diagramme, le diagramme de Feynman. Pour les électrons libres, la procédure à suivre pour calculer les corrections est bien établie [1,2] avec, entre autres, des calculs atteignant actuellement l'ordre α 5 pour le calcul du rapport gyromagnétique de l'électron. Dans les atomes, l'électron est loin d'être libre et interagit pour une durée infinie avec le noyau par l'intermédiaire du champ électromagnétique. Le calcul des prédictions théoriques devient alors beaucoup plus difficile ! Chaque chiffre significatif en plus a ainsi demandé à la communauté des théoriciens un effort considérable, sans qu'ils aient pu s'appuyer sur aucune procédure de calcul quasi automatique comme ce fut le cas avec les particules libres. Pour valider ces prédictions obtenues laborieusement, la spectroscopie de l'hydrogène et des hydrogénoïdes (ions avec un seul électron) a été, et est encore, un des bancs de test les plus précis qu'on puisse imaginer. Pour l'hydrogène et les hydrogénoïdes légers, les prédictions théoriques sont exprimées non seulement en termes d'un développement par rapport à la constante α comme dans le cas de l'électron libre, mais aussi en termes de puissances de Zα où Z est le L'électrodynamique quantique est considérée comme la théorie quantique des champs la plus testée. Néanmoins, certains désaccords persistent entre expériences et calculs théoriques. De nouveaux tests sont donc nécessaires, en particulier dans le régime des champs extrêmes que l'on rencontre dans les ions lourds. Récemment, une mesure de haute précision, basée sur la spectroscopie de rayons X de l'uranium héliumoïde, a atteint une précision record. Pour la première fois, des prédictions non perturbatives d'électrodynamique quantique d'ordre élevé ont ainsi pu être confirmées.
SN - 1953-793X
SN - 2102-6777
ER -