nEDM
Measurement of the electric dipole moment of the neutron
En 1967, A. Sakharov énonce trois conditions nécessaires à l’apparition de la matière (la disparition de l’antimatière) dans notre univers : une phase hors-équilibre dans l’évolution de l’univers, une brisure des symétries C et CP et la non conservation du nombre baryonique B. Deux de ces conditions ne sont pas présentes dans 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 en satisfaisant les conditions de Sakharov. Les mesures de moments dipolaires électriques permettent de tester les différents modèles aujourd’hui en compétition.
L'expérience
Plus précisément, les mesures de moments dipolaires électriques (EDM) de particules (électron, neutron, Hg, etc…) permettent de rechercher les mécanismes à l’origine de la brisure de la symétrie CP. Explicitement, toute mesure non-nulle d’un moment dipolaire électrique signe une violation de la symétrie CP. Ces mesures ont débuté en 1957 avec une première estimation de l’EDM du neutron. Elles se sont poursuivies jusqu’à aujourd’hui sans qu’aucune équipe n’ai réussi au niveau mondial à mettre en évidence un EDM différent de zéro (sur une vingtaine de systèmes étudiés).
Dans ce cadre, la collaboration internationale nEDM (une quinzaine de laboratoires européens), cherche à mesurer le moment dipolaire électrique du neutron au Paul Scherrer Institut (PSI) en Suisse avec une précision inégalée au niveau mondial. Le gain de sensibilité, un ordre de grandeur, est réalisé grâce à la mise en service d’un spectromètre entièrement nouveau et la présence d’une source de neutrons ultra-froids en constante amélioration.
Le projet est constitué de deux phases : la première (nEDM) est terminée. Elle a conduit à la publication de la mesure la plus précise de l’EDM du neutron en 2020 : dn = (0.0 ± 1.1stat ± 0.2syst).10-26 e.cm (Phys. Rev. Lett. 124, 081803 (2020)). La valeur de ce dernier restant néanmoins compatible avec zéro, la seconde phase a débuté (n2EDM). Un spectromètre totalement nouveau est en phase de commissioning. Le succès de l’expérience repose sur différentes composantes de ce spectromètre : une chambre magnétiquement isolée dont les performances sont uniques au monde dans de telles dimensions, la production d’un champ magnétique extrêmement uniforme, le contrôle du champs magnétique (online avec un système complexe de magnétomètres et offline avec un appareil sophistiqué permettant de cartographier le champ), la mise en place d’une chambre à vide de grandes dimensions non magnétique etc.
La prise de données débutera en 2024 et durera 3 ans dans un premier temps. Puis, après un an d’arrêt, pendant lequel la source de neutrons de PSI sera améliorée, elle reprendra en 2027 afin d’atteindre la sensibilité ciblée de 10-27 e.cm en 2030.
Au sein de ce projet, le LPC est en charge de la détection des neutrons, de l’analyse de leur polarisation, de la conception des bobines générant les champs magnétiques et de la chambre à vide non magnétique.
Références
- Tracking down the mystery of matter
- The design of the n2EDM experiment - Eur. Phys. J. C (2021) 81:512
- Measurement of the permanent electric dipole moment of the neutron C. Abel, S. Afach, N.J. Ayres et al. Phys. Rev. Lett. 124 (2020) 081803
- Aux origines de la matière, de Pierre De Parscau © CNRS – 2022
LPC Caen
LABORATOIRE DE PHYSIQUE CORPUSCULAIRE DE CAEN
Contact
- communication@lpccaen.in2p3.fr
- (+33) 2 31 45 25 00
- 6 boulevard Maréchal Juin, 14050 CAEN CEDEX