A la recherche de nouvelles forces et interactions au-delà du modèle standard, un groupe de recherche international dont PRISMA+ Le pôle d’excellence de l’Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) et de l’Institut Helmholtz de Mayence a maintenant fait un bon pas en avant. Les chercheurs, dont le Prof. Dr. Dmitry Budker, utilisent une technique d’amplification basée sur la résonance magnétique nucléaire. Récemment apparu dans leur travail Les scientifiques progressent, utilisant leur configuration expérimentale pour étudier l’interaction exotique entre les spins : une interaction violant la parité médiée par une nouvelle particule d’échange hypothétique appelée le boson Z ‘, qui existe aux côtés du boson Z à faible interaction dans le modèle standard. . Cette particule n’a pas pu être détectée dans la configuration actuelle, mais la sensibilité pourrait être augmentée de cinq ordres de grandeur par rapport aux mesures précédentes. Cela permet de contraindre la force de l’interaction entre la nouvelle particule de remplacement et les particules du Modèle Standard, ce qui complète les observations astrophysiques et ouvre un domaine auparavant inaccessible.
De nombreuses théories prédisent l’existence d’interactions exotiques au-delà du modèle standard. Ils diffèrent des quatre interactions connues et sont médiés par des particules d’échange jusqu’alors inconnues. En particulier, les interactions brisant la parité, c’est-à-dire où la symétrie miroir est brisée, présentent actuellement un intérêt particulier. D’une part, parce que cela indiquerait immédiatement le type spécifique de nouvelle physique auquel nous avons affaire, et d’autre part, parce que leurs effets sont plus faciles à séparer des effets systématiques parasites, qui ne présentent généralement pas de rupture de symétrie. “Dans cet article, nous examinons une telle interaction entre les spins des électrons et les spins des neutrons, médiée par un boson Z hypothétique. Dans un monde en miroir, cette interaction conduirait à un résultat différent ; la parité est violée ici », déclare Dmitry Budker.
Ce “résultat” ressemble à ceci : les spins des électrons dans une source sont alignés dans une direction, c’est-à-dire polarisés, et la polarisation est continuellement modulée, créant un champ exotique qui peut être détecté comme un champ magnétique et mesuré avec un champ magnétique . capteur. . Dans un monde en miroir, le champ exotique ne pointerait pas dans la direction attendue dans le reflet « réel », mais dans la direction opposée : la parité de cette interaction serait violée.
SAPHIR – le nouveau joyau dans la recherche d’une nouvelle physique
“Spin Amplifier for Particle PHysICs Research” – SAPPHIRE en abrégé – les chercheurs ont donné leur arrangement basé sur les deux éléments du rubidium et du xénon. Cette technique a déjà été utilisée sous une forme similaire pour rechercher d’autres interactions exotiques et champs de matière noire.
Plus précisément, lors de la recherche expérimentale d’interactions spin-spin exotiques, deux chambres remplies de vapeur de l’un des deux éléments sont placées l’une à côté de l’autre : « Dans notre expérience, nous utilisons les spins des électrons polarisés des atomes de rubidium-87. comme source de spin et les spins de neutrons polarisés du gaz noble xénon, plus précisément l’isotope xénon-129, comme capteur de spin », explique Dmitry Budker.
L’astuce est que la structure spéciale et les atomes de xénon polarisés dans le capteur de spin amplifient initialement le champ créé dans la source de rubidium : ainsi l’effet causé par le champ exotique potentiel serait 200 fois plus important. Maintenant, le principe de la résonance magnétique nucléaire entre en jeu, c’est-à-dire le fait que les spins nucléaires répondent aux champs magnétiques qui oscillent à une certaine fréquence de résonance. A cet effet, des atomes de rubidium-87 sont également présents en faible proportion dans la cellule du capteur. Ceux-ci, à leur tour, agissent comme des magnétomètres extrêmement sensibles pour déterminer la force du signal de résonance.
La détection d’un tel champ exotique dans la gamme de fréquences appropriée peut être un indice de la nouvelle interaction que nous recherchons. D’autres détails expérimentaux spéciaux garantissent que la configuration est particulièrement sensible dans la plage de fréquences souhaitée et moins sujette aux effets parasites d’autres champs magnétiques qui se produisent inévitablement pendant l’expérience.
« Dans l’ensemble, il s’agit d’une configuration assez complexe qui a nécessité une planification et un étalonnage minutieux. Nous sommes très reconnaissants de pouvoir travailler sur des problèmes aussi stimulants et intéressants avec nos collègues de longue date de l’Université des sciences et technologies de Hefei (USTC). , Chine, qui accueille l’expérience », rapporte Dmitry Budker.
Après avoir réussi à prouver le principe, les scientifiques ont commencé la première série de mesures pour rechercher l’interaction exotique. Bien qu’ils soient toujours incapables de trouver un signal approprié après 24 heures de mesure, l’augmentation de cinq ordres de grandeur de la sensibilité leur a permis de fixer des limites à la force de l’interaction entre la nouvelle particule de remplacement et les particules du modèle standard. Une optimisation supplémentaire peut améliorer la sensibilité expérimentale à l’interaction exotique spécifique jusqu’à huit ordres de grandeur supplémentaires. Cela permet au dispositif très sensible SAPPHIRE d’être utilisé pour découvrir et étudier une nouvelle physique avec des bosons Z’ potentiels.
