Particules et interactions fondamentales

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.   

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’une nouvelle source de neutrons ultra-froids au PSI et à l’amélioration constante du spectromètre utilisé pour la mesure.

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 (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 cours de construction. Le succès de l’expérience repose sur différentes composantes de ce spectromètre : une chambre magnétiquement isolée (photo de gauche) 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 (photo de droite) etc …. La prise de données devrait débuter en 2022 et durer 3 à 4 ans afin d’atteindre une sensibilité suffisante.  

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.