Une expérience de haute précision dirigée par TU Wien a pour objectif de localiser les "champs de symétron" hypothétiques jusqu'à présent à l'aide de la source de neutrons ultra-froids PF2 de l'Institut Laue-Langevin en France. Car l'existence de symétries pourrait fournir une explication à la mystérieuse énergie noire.

Une chose est sûre :il y a quelque chose là-bas que nous ne savons pas encore. Depuis des années, les scientifiques recherchent la "matière noire" ou "l'énergie noire - avec notre inventaire actuel de particules et de forces dans la nature, nous ne pouvons tout simplement pas expliquer les principaux phénomènes cosmologiques, comme pourquoi l'univers s'étend à un rythme de plus en plus rapide.

De nouvelles théories pour "l'énergie noire" ont été suggérées. L'un des candidats est ce qu'on appelle le "champ de symétron, " qui imprègnerait l'espace un peu comme le champ de Higgs. À la TU de Vienne, des chercheurs ont développé une expérience capable de mesurer des forces extrêmement faibles à l'aide de neutrons. Les mesures ont été prises au cours d'une campagne de 100 jours à l'Institut Laue-Langevin , sur sa source de neutrons ultra-froids PF2. Ils auraient pu fournir des pointeurs sur les mystérieux symétries, mais les particules ne se sont pas manifestées. Bien que ce ne soit pas la fin de la théorie, cela exclut au moins la possibilité que des symétries existent sur une large gamme de paramètres - et "l'énergie noire" devra être expliquée différemment.

Le symétron, le petit frère du boson de Higgs ?

Selon Hartmut Abele, le scientifique principal du projet, la théorie des symétrons serait une explication particulièrement élégante de la matière noire. "Nous avons déjà la preuve du champ de Higgs, et le champ de symétron est très étroitement lié." Cependant, comme avec la particule de Higgs dont la masse n'était pas connue jusqu'à ce que l'existence de la particule ait été confirmée, les propriétés physiques des symétries ne peuvent pas être prédites avec précision.

Abele explique, "Personne ne peut dire quelle est la masse des symétries, ni à quel point ils interagissent avec la matière normale. C'est pourquoi il est si difficile de prouver expérimentalement leur existence ou leur inexistence. en d'autres termes, avec des constantes de masse ou de couplage dans une plage de valeurs spécifique.

Les scientifiques avancent donc avec prudence, d'une expérience à l'autre, tester différentes plages de paramètres. Il était déjà clair qu'un certain nombre de plages pouvaient être exclues. Les symmétrons par exemple avec une masse élevée et des constantes de couplage faibles ne peuvent pas exister, car ils se seraient déjà manifestés au niveau atomique. Des recherches sur l'atome d'hydrogène auraient donné des résultats différents. De la même manière, des symétries dans une certaine plage avec des constantes de couplage très élevées peuvent également être exclues, car ils auraient déjà été détectés dans d'autres expériences utilisant des pendules massifs.

Utilisation des neutrons comme capteurs de force à la source de neutrons de l'Institut Laue-Langevin

Cela dit, il y avait encore beaucoup de place pour admettre l'existence de symétries, et c'est ce que l'équipe a maintenant étudié dans l'expérience. Un flux de neutrons extrêmement lents a été projeté entre deux surfaces de miroir. Les neutrons peuvent être trouvés dans deux états physiques quantiques différents. Les énergies de ces états dépendent des forces exercées sur le neutron, et c'est ce qui fait du neutron un détecteur de force si sensible. Si la force agissant sur le neutron juste au-dessus de la surface du miroir est différente de la force plus haut, ce serait un indice fort de l'existence d'un champ de symétron. Mario Pitschmann de la TU Vienne, Philippe Brax du CEA près de Paris et Guillaume Pignol du LPSC de Grenoble ont calculé l'influence d'un champ de symétron sur le neutron. Cet effet, cependant, ne peut être observé, malgré l'extrême précision de la mesure.

La précision de la mesure de la différence d'énergie est d'environ 2x10 ^-15 électron-volts (chiffre dû à la thèse de Gunther Cronenberg). C'est l'énergie nécessaire pour soulever un seul électron dans le champ gravitationnel de la Terre sur une distance d'environ 30 micromètres, ce qui représente une quantité d'énergie inimaginablement faible.

Les neutrons ultra-froids nécessaires à l'expérience ont été générés et délivrés par l'instrument PF2 de l'Institut Laue-Langevin. "Avec son flux inégalé de neutrons ultra-froids, Le PF2 est pratiquement le seul instrument disponible pour ce type de mesure de haute précision à des taux de comptage extrêmement faibles, " dit Tobias Jenke. Jenke a joué un rôle important dans le développement de l'expérience TU de Vienne. Il est maintenant, avec Peter Geltenbort, responsable de la source de neutrons froids de l'Institut Laue-Langevin. L'Autriche est membre scientifique de l'Institut et a donc accès à sa suite d'instruments. L'expérience est un excellent exemple de collaboration scientifique entre chercheurs autrichiens et français.

Pour le moment, les choses ne semblent pas trop brillantes pour la théorie des symétrons, bien qu'il soit trop tôt pour exclure complètement leur existence. "Nous avons exclu un large domaine de paramètres :s'il y avait eu des symétries avec des propriétés dans ce domaine, nous les aurions trouvés." Cependant, pour combler les lacunes restantes, la science a besoin de mesures encore meilleures ou d'une découverte majeure fournissant une solution complètement différente au mystère de l'énergie noire.