Des scientifiques de l'Université du Sussex ont mesuré une propriété du neutron, une particule fondamentale de l'univers, plus précisément que jamais. Leur recherche fait partie d'une enquête sur la raison pour laquelle il reste de la matière dans l'univers, C'est, pourquoi toute l'antimatière créée dans le Big Bang n'a pas simplement annulé la question.

L'équipe, qui comprenait le laboratoire Rutherford Appleton du Science and Technology Facilities Council (STFC) au Royaume-Uni, l'Institut Paul Scherrer (PSI) en Suisse, et un certain nombre d'autres institutions - cherchait à savoir si le neutron agit ou non comme une « boussole électrique ». On pense que les neutrons sont de forme légèrement asymétrique, étant légèrement positif à une extrémité et légèrement négatif à l'autre, un peu comme l'équivalent électrique d'un barreau magnétique. C'est ce qu'on appelle le "moment dipolaire électrique" (EDM), et c'est ce que l'équipe recherchait.

C'est une pièce importante du puzzle dans le mystère de pourquoi la matière reste dans l'Univers, parce que les théories scientifiques expliquant pourquoi il reste de la matière prédisent également que les neutrons ont la propriété de "compas électrique", dans une plus ou moins grande mesure. En le mesurant ensuite, cela aide les scientifiques à se rapprocher de la vérité sur la raison pour laquelle la matière reste.

L'équipe de physiciens a découvert que le neutron a un EDM significativement plus petit que celui prédit par diverses théories sur les raisons pour lesquelles la matière reste dans l'univers; cela rend ces théories moins susceptibles d'être correctes, ils doivent donc être modifiés, ou de nouvelles théories trouvées. En fait, il a été dit dans la littérature qu'au fil des ans, ces mesures EDM, considéré comme un ensemble, ont probablement réfuté plus de théories que toute autre expérience dans l'histoire de la physique. Les résultats sont annoncés aujourd'hui, vendredi 28 février 2020, dans la revue Lettres d'examen physique .

Professeur Philip Harris, Directeur de la School of Mathematical and Physical Sciences et leader du groupe EDM à l'Université du Sussex, mentionné:

"Après plus de deux décennies de travail par des chercheurs de l'Université du Sussex et d'ailleurs, un résultat final a émergé d'une expérience conçue pour résoudre l'un des problèmes les plus profonds de la cosmologie au cours des cinquante dernières années :à savoir, la question de savoir pourquoi l'Univers contient tellement plus de matière que d'antimatière, et, En effet, pourquoi il contient maintenant n'importe quelle matière du tout. Pourquoi l'antimatière n'a-t-elle pas annulé toute la matière ? Pourquoi reste-t-il de la matière ?

"La réponse concerne une asymétrie structurelle qui devrait apparaître dans les particules fondamentales comme les neutrons. C'est ce que nous recherchions. Nous avons découvert que le "moment dipolaire électrique" est plus petit qu'on ne le croyait auparavant. Cela nous aide à écarter cette possibilité. théories sur les raisons pour lesquelles il reste de la matière - parce que les théories régissant les deux choses sont liées.

"Nous avons établi une nouvelle norme internationale pour la sensibilité de cette expérience. Ce que nous recherchons dans le neutron - l'asymétrie qui montre qu'il est positif à une extrémité et négatif à l'autre - est incroyablement petit. Notre expérience a pu mesurer cela de manière si détaillée que si l'asymétrie pouvait être agrandie jusqu'à la taille d'un ballon de football, alors un ballon de football agrandi du même montant remplirait l'Univers visible."

L'expérience est une version améliorée de l'appareil conçu à l'origine par des chercheurs de l'Université du Sussex et du Rutherford Appleton Laboratory (RAL), et qui a détenu le record mondial de sensibilité de façon continue de 1999 à aujourd'hui.

Dr Maurits van der Grinten, du groupe EDM neutronique du Laboratoire Rutherford Appleton (RAL), a déclaré :« L'expérience combine diverses technologies de pointe qui doivent toutes fonctionner simultanément. Nous sommes heureux que l'équipement, la technologie et l'expertise développées par les scientifiques du RAL ont contribué aux travaux visant à repousser les limites de ce paramètre important"

Dr Clark Griffith, Maître de conférences en physique de la School of Mathematical and Physical Sciences de l'Université du Sussex, mentionné:

« Cette expérience rassemble des techniques issues de la physique atomique et nucléaire des basses énergies, y compris la magnétométrie optique au laser et la manipulation de spin quantique. En utilisant ces outils pluridisciplinaires pour mesurer avec une extrême précision les propriétés du neutron, nous sommes en mesure de sonder les questions relatives à la physique des particules de haute énergie et à la nature fondamentale des symétries sous-jacentes de l'univers. "

50, 000 mesures

Tout moment dipolaire électrique qu'un neutron peut avoir est minuscule, et est donc extrêmement difficile à mesurer. Des mesures antérieures effectuées par d'autres chercheurs l'ont confirmé. En particulier, l'équipe a dû faire de grands efforts pour maintenir le champ magnétique local très constant lors de leur dernière mesure. Par exemple, chaque camion qui passait sur la route à côté de l'institut a perturbé le champ magnétique à une échelle qui aurait été significative pour l'expérience, cet effet a donc dû être compensé lors de la mesure.

Aussi, le nombre de neutrons observés devait être suffisamment grand pour permettre de mesurer le moment dipolaire électrique. Les mesures se sont déroulées sur une période de deux ans. Les neutrons dits ultrafroids, C'est, des neutrons avec une vitesse relativement lente, ont été mesurés. Toutes les 300 secondes, un tas de plus de 10, 000 neutrons ont été dirigés vers l'expérience et examinés en détail. Les chercheurs ont mesuré un total de 50, 000 de ces grappes.

Une nouvelle norme internationale est établie

Les derniers résultats des chercheurs ont soutenu et amélioré ceux de leurs prédécesseurs :une nouvelle norme internationale a été établie. La taille de l'EDM est encore trop petite pour être mesurée avec les instruments qui ont été utilisés jusqu'à présent, ainsi certaines théories qui tentaient d'expliquer l'excès de matière sont devenues moins probables. Le mystère demeure donc, pour le moment.

Le suivant, plus précis, mesure est déjà en cours de construction au PSI. La collaboration PSI prévoit de commencer sa prochaine série de mesures d'ici 2021.

Rechercher "nouvelle physique"

Le nouveau résultat a été déterminé par un groupe de chercheurs de 18 instituts et universités en Europe et aux États-Unis sur la base de données collectées à la source de neutrons ultrafroids du PSI. Les chercheurs y ont collecté des données de mesure sur une période de deux ans, évalué très attentivement dans deux équipes distinctes, et ont ensuite pu obtenir un résultat plus précis que jamais.

Le projet de recherche s'inscrit dans la recherche d'une « nouvelle physique » qui irait au-delà du modèle dit de physique standard, qui définit les propriétés de toutes les particules connues. C'est également un objectif majeur des expériences menées dans des installations plus importantes telles que le Grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN.

Les techniques développées à l'origine pour la première mesure EDM dans les années 1950 ont conduit à des développements révolutionnaires tels que les horloges atomiques et les scanners IRM, et à ce jour, il conserve son impact énorme et continu dans le domaine de la physique des particules.