MESURES DE PRECISION A BASSE ENERGIE

Cinq expériences à la recherche d’une physique au-delà du modèle standard afin de  répondre aux grandes questions de la physique moderne, comme l’apparition de la matière dans l’univers, la compréhension de la matière noire, et bien d’autres encore.

EXPERTISES

DETECTION

INSTRUMENTATION

ANALYSE DES DONNEES

SIMULATIONS

PROCESSING DES DONNEES

n2EDM

Quelle est l’origine de la matière dans notre univers ? Telle est la question à laquelle cherche à répondre les physiciens de l’expérience n2EDM.

En 1967, A. Sakharov énonce les conditions nécessaires à l’apparition de la matière (la disparition de l’antimatière) dans notre univers. Ces conditions ne sont pas toutes vérifiées par le modèle standard de la physique des particules. En revanche, certains modèles alternatifs (décrivant une physique dîtes au-delà du modèle standard) offrent des scénarii viables. Les mesures de moments dipolaires électriques permettent de tester les différents modèles aujourd’hui en compétition.   

Schéma de l’expérience n2EDM
Schéma de l’expérience n2EDM
Chambres neutrons au cœur de l’expérience n2EDM
Chambres neutrons au cœur de l’expérience n2EDM

PARTICIPATION DU LABORATOIRE

  • Réalisation de la chambre à vide de l’expérience : enceinte en aluminium (amagnétique) et de grandes dimensions.
  • Conception du système de bobines internes (64) générant le champ magnétique principal B0
  • Conception d’un nouveau détecteur de neutrons (GADGET) capable de supporter de forts taux de comptage (~ 106 événements/s)
  • Réalisation de l’analyseur simultanée de la polarisation des neutrons
  • Participation à la prise et à l’analyse des données

MORA

A chaque particule – électron, neutron, proton, etc. – correspond une antiparticule : c’est ce qu’on appelle l’antimatière. Leurs caractéristiques physiques sont quasiment identiques : elles ont notamment la même masse, mais des charges opposées. Selon la théorie du Big Bang, la matière et l’antimatière devraient avoir été produites en quantité égale au moment de la création de l’Univers. Et pourtant, l’Univers tel que nous l’observons est composé en très grande majorité de matière.
Le projet MORA (Matter’s Origin from the RadioActivity of trapped and laser oriented ions), porté par le GANIL et le LPC Caen, aborde donc l’une des questions les plus fondamentales de la physique moderne : pourquoi l’antimatière est-elle quasi absente dans l’Univers visible ?

Installation de l'expérience MORA à JYFL
Installation de l'expérience MORA à JYFL
Projet MORA
Projet MORA (Matter’s Origin from the RadioActivity of trapped and laser oriented ions). Chambre à vide développée au LPC Caen. Support octogonal avec un détecteur en place pour la détection des particules beta.

PARTICIPATION DU LABORATOIRE

Pour y répondre, le GANIL et le LPC Caen vont élaborer avec le concours financier de la Région Normandie un dispositif expérimental unique au monde : il permettra de piéger à l’aide de champs électriques des ions radioactifs, de les aligner selon leurs propriétés magnétiques à l’aide de lasers, et de mesurer avec une très grande précision l’angle d’émission des particules lors de la désintégration radioactive.

Ces mesures seront confrontées aux prédictions du Modèle Standard, qui donne le cadre théorique général décrivant les propriétés de la matière et de l’antimatière, mais n’est pas suffisant pour reproduire l’asymétrie d’abondance observée. Elles permettront en particulier de rechercher l’existence de particules hypothétiques, appelées leptoquarks, hypothèse populaire invoquée pour expliquer un tel déséquilibre entre matière et antimatière dans l’Univers. Le dispositif bénéficiera des dernières avancées en termes de production et de manipulation de faisceaux radioactifs auprès des nouvelles installations de GANIL-SPIRAL2.

WISArD

L’interaction faible régissant la désintégration ß nucléaire est décrite dans le modèle standard de la physique des particules comme étant constituée de deux courants, le courant vectoriel pour les désintégrations Fermi et le courant axial-vectoriel pour des désintégrations Gamow-Teller. Tous les résultats expérimentaux peuvent être décrits avec ces deux interactions. D’un point de vue théorique plus globale, des courants scalaire, tensoriel et pseudo-scalaire (aux énergies relativistes uniquement) sont autorisés. Dans un tel scénario, le courant scalaire apparaîtrait avec le courant vectoriel et le courant tensoriel avec le courant axial-vectoriel.

Les limites de ces courants «exotiques» peuvent être obtenues à partir d’expériences de physique des hautes énergies qui tentent de produire les bosons responsables de ces nouvelles interactions ou d’expériences de précision à basse énergie, par ex. dans la désintégration ß, par la recherche de petites déviations par rapport aux prévisions du modèle standard. La présente proposition suit ce dernier chemin.

 

WISArD expérience. Etudes de l'interaction faible avec la décroissance de 32Ar.
WISArD expérience. Etudes de l'interaction faible avec la décroissance de 32Ar.
ISOLDE Experiment - CERN
ISOLDE Experiment - CERN

PARTICIPATION DU LABORATOIRE

L’interaction faible régissant la désintégration ß nucléaire est décrite dans le modèle standard de la physique des particules comme étant constituée de deux courants, le courant vectoriel pour les désintégrations Fermi et le courant axial-vectoriel pour des désintégrations Gamow-Teller. Tous les résultats expérimentaux peuvent être décrits avec ces deux interactions. D’un point de vue théorique plus globale, des courants scalaire, tensoriel et pseudo-scalaire (aux énergies relativistes uniquement) sont autorisés. Dans un tel scénario, le courant scalaire apparaîtrait avec le courant vectoriel et le courant tensoriel avec le courant axial-vectoriel.

COMET

Parallèlement aux recherches directes de la nouvelle physique actuellement en cours à la frontière des hautes énergies (LHC et futurs collisionneurs), plusieurs expériences recherchent des signaux au-delà du modèle standard à la frontière des hautes intensités. La violation de saveur de lepton chargé (cLFV) apparaît comme un signal clair de l’existence d’une nouvelle physique au-delà du modèle standard. L’objectif de l’expérience COMET (COherent Muon to Electron Transition), à J-PARC au JAPON a pour objectif est la mise en évidence de cette violation de la saveur leptonique à partir d’un signal rare issu de la conversion du muon sans émission de neutrino au voisinage d’un noyau d’aluminium.
COMET est une collaboration internationale regroupant plus de 200 collaborateurs à travers 41 instituts et 17 pays. Le porte-parole de cette expérience est Yoshitaka Kuno du Departement de Physique de l’université d’Osaka au Japon. L’expérience est prévue de se dérouler en deux phases. La phase 1 est prévue pour démarrer en 2020. En France, la collaboration COMET-France regroupe des physiciens et ingénieurs de 5 laboratoires de l’IN2P3/CNRS : le LPNHE à Jussieu, le LPC Clermont, l’IPN Lyon, le centre de calcul IN2P3 à Villeurbanne et le LPC Caen.

COMET Experiment (COherent Muon to Electron Transition)
COMET Experiment (COherent Muon to Electron Transition)

PARTICIPATION DU LABORATOIRE

Le LPC Caen est partie prenante dans ce projet particulièrement à travers sa contribution dans les simulations de type Monte Carlo pour connaître avec précision le flux et le spectre en énergie des différentes particules produites au cours de l’expérience permettant entre autre d’estimer les doses reçues et donc la tenue aux irradiations de l’ensemble des constituants des dispositifs expérimentaux présents sous le flux de particules.

b-STILED

Ce projet envisage de mesurer le spectre en énergie de électrons émis par le noyau 6He, sur la plus large gamme en énergie et avec une précision jamais atteinte jusqu’à présent.

PUBLICATIONS

EQUIPE

n2EDM : BAN Gilles | GALBINSKI Daniel | LEFORT Thomas | LEJUEZ Anthony | NAVILIAT-CUNCIC Oscar | Vezon Antoine
MORA : BAN Gilles | LIENARD Etienne | Hayen Leendert | Bosquet Vincent 
COMET : BAN Gilles | ANGELIQUE Jean-Claude
bSTILED : FLECHARD Xavier | GARREAU Romain | HAYEN Leendert | LIENARD Etienne | NAVILIAT-CUNCIC Oscar | RANI Anjli
WISArD : BAN Gilles | FLECHARD Xavier | LIENARD Etienne

LPC Caen

LABORATOIRE DE PHYSIQUE CORPUSCULAIRE DE CAEN

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