Schéma d'artiste montrant comment Lunar Prospector a fourni des données pour estimer la durée de vie des neutrons. Les rayons cosmiques frappant la surface de la lune éjectent des neutrons qui s'envolent progressivement dans l'espace. Lorsque les neutrons se déplacent vers des altitudes plus élevées, plus le temps passe, et plus de neutrons se désintègrent radioactivement. Lunar Prospector a compté le nombre de neutrons à différentes altitudes, permettant aux scientifiques de comparer les nombres de neutrons à travers les altitudes. À l'aide de modèles, les chercheurs pourraient alors estimer la durée de vie des neutrons. Crédit :JHU/APL
L'une des meilleures chances de prouver une physique au-delà du modèle standard repose sur ce qu'on appelle la matrice Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM). Le modèle standard insiste sur le fait que la matrice CKM, qui décrit le mélange des quarks, doit être unitaire. Mais de plus en plus de preuves suggèrent que pendant certaines formes de désintégration radioactive, l'unitarité de la matrice CKM pourrait se rompre.
Lors de la réunion d'automne 2021 de la Division de physique nucléaire de l'APS, les chercheurs discutent de la façon dont une mission lunaire de la NASA et des progrès théoriques majeurs pourraient aider à casser le modèle standard.
La durée de vie des neutrons libres joue un rôle important dans le test de l'unitarité de la matrice CKM. Cependant, deux méthodes prédominantes pour le mesurer s'opposent sévèrement. Jack Wilson et une équipe du Johns Hopkins Applied Physics Laboratory et de l'Université de Durham ont donc décidé de sortir des sentiers battus en allant dans l'espace.
Se greffer sur les données de la mission Lunar Prospector de la NASA, qui a envoyé un vaisseau spatial en orbite autour de la lune, les scientifiques ont effectué la deuxième mesure de la durée de vie des neutrons gratuits depuis l'espace. Ils ont réduit l'incertitude d'un ordre de grandeur.
"Notre résultat ouvre une troisième voie pour mesurer la durée de vie des neutrons. L'utilisation de cette technique dans une mission dédiée pourrait mettre un terme à un puzzle de plusieurs décennies en physique fondamentale, " dit Wilson, qui partagera les résultats lors de la réunion du 13 octobre.
Une publication est à paraître le même jour de Examen physique C .
Les valeurs des éléments de matrice CKM Vud et Vus obtenues à partir de différentes expériences de désintégration bêta, par rapport à l'exigence d'unité du modèle standard. Crédit :Chien Yeah Seng
Finalement, briser l'unitarité de la matrice CKM - et trouver une physique au-delà du modèle standard - exigerait un écart plus important entre la théorie et l'expérience. L'examen le plus récent du domaine a mesuré le désaccord à environ trois sigma.
"Le niveau significatif actuel des anomalies observées n'est pas encore suffisant pour déclarer une découverte. Le principal facteur limitant est le niveau de précision des entrées de la théorie du modèle standard, " dit Chien Yeah Seng, chercheur postdoctoral à l'Université de Bonn.
Lors de la réunion, Seng partagera l'histoire derrière la recherche théorique qui a révélé cet indice de nouvelle physique et discutera des progrès réalisés pour rendre le côté théorique plus précis.
Son collaborateur Luchang Jin, professeur à l'Université du Connecticut et l'un des pionniers théoriques derrière le récent muon g -2 calculs, présente des recherches récentes affinant une composante théorique clé. L'étude réduit considérablement les incertitudes dans les constantes de basse énergie utilisées pour les calculs théoriques.
Seng tracera le chemin pour trouver un écart de cinq sigma, dont les travaux de Jin sur les corrections radiatives, corrections de rupture d'isospin, et des corrections de structure nucléaire. Il prédit que nous pourrions voir une percée même dans les prochaines années.
