A la recherche de nouvelles forces et interactions au-delà du Modèle Standard, une équipe de recherche internationale dont PRISMA+ Le pôle d’excellence de l’Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) et l’Institut Helmholtz de Mayence ont maintenant fait un bon pas en avant. Professeur Dr. Des chercheurs, dont Dmitry Budker, utilisent une technique d’amplification basée sur la résonance magnétique nucléaire. Dans son ouvrage récemment publié les scientifiques progressent, ils utilisent leur configuration expérimentale pour étudier une interaction exotique particulière entre les spins : une interaction violant la parité, médiée par une nouvelle particule d’échange hypothétique appelée le boson Z’, qui existe en plus du boson Z qui médie l’interaction faible dans le modèle standard . . Dans la configuration actuelle, ils n’ont pas pu détecter cette particule, mais ils ont réussi à augmenter la sensibilité de cinq fois par rapport aux mesures précédentes. Cela permet d’imposer des contraintes sur la force de l’interaction de la nouvelle particule d’échange avec les particules du modèle standard, ce qui complète les observations astrophysiques et ouvre une région 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 violant la parité, c’est-à-dire les cas où la symétrie miroir est brisée, présentent actuellement un intérêt particulier. D’une part, parce qu’elle indiquera immédiatement le type particulier de physique nouvelle auquel nous avons affaire, et d’autre part, parce qu’il est plus facile de distinguer ses effets des faux effets systématiques, qui ne présentent généralement pas de rupture de symétrie. “Dans cet article, nous examinons de près une telle interaction entre les spins des électrons et les spins des neutrons, médiée par un hypothétique boson Z’. Dans un monde en miroir, cette interaction conduirait à un résultat différent ; la parité est ici violée”, explique Dmitry. Budker.
Ce “résultat” ressemble à ceci : les spins des électrons dans une source s’alignent tous dans une direction, ce qui signifie qu’ils sont polarisés, et la polarisation est constamment modulée, créant un champ exotique qui est perçu comme un champ magnétique et peut être mesuré à l’aide de un champ magnétique. tu demandes. . Dans un monde en miroir, l’espace exotique ne pointe pas dans la même direction, comme on pourrait s’y attendre dans une image miroir “réelle”, mais dans la direction opposée : la parité de cette interaction est violée.
SAPHIR — le nouveau joyau dans la quête d’une nouvelle physique
Le “Rotation Amplifier for Particle Physics Research” – SAPPHIRE en abrégé – est le nom que les chercheurs donnent à leur configuration basée sur deux éléments, le rubidium et le xénon. Ils ont déjà utilisé cette technique de manière similaire pour rechercher d’autres interactions exotiques et champs de matière noire.
Plus précisément, dans la recherche expérimentale d’interactions spin-spin exotiques, deux chambres remplies de la vapeur d’un des deux éléments sont positionnées à proximité l’une 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 xénon, un gaz noble, ou plutôt comme les spins de neutrons polarisés de 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 le champ initialement produit dans la source de rubidium : ainsi l’effet déclenché par un champ exotique potentiel serait 200 fois plus important. Maintenant, le principe de la résonance magnétique nucléaire entre en jeu, à savoir le fait que les spins nucléaires répondent à des champs magnétiques oscillant à une certaine fréquence de résonance. Des atomes de rubidium-87 sont également présents en faible proportion dans la cellule du capteur à cet effet. À leur tour, ils agissent comme un magnétomètre extrêmement sensible pour déterminer la force du signal de résonance.
La détection d’un tel champ exotique dans la bonne gamme de fréquences sera l’indice de la nouvelle interaction que nous recherchons. D’autres détails expérimentaux spéciaux rendent la configuration particulièrement sensible dans la gamme de fréquences d’intérêt et moins sensible aux effets parasites d’autres champs magnétiques qui surviennent inévitablement également dans l’expérience.
“Dans l’ensemble, il s’agit d’une configuration assez complexe qui nécessite une conception et un étalonnage minutieux. Il est très gratifiant de travailler sur des problèmes aussi stimulants et intéressants avec nos collaborateurs de longue date de l’Université des sciences et technologies (USTC) de Hefei, en Chine, qui a accueilli l’expérience. . », déclare Dmitri Budker.
Après une preuve de principe réussie, les scientifiques se sont lancés dans la première série de mesures pour étudier l’interaction exotique. Bien qu’ils n’aient pas encore trouvé de signal correspondant après 24 heures de mesures, l’augmentation de sensibilité de cinq ordres de grandeur leur a permis d’imposer des restrictions sur la force de l’interaction de la nouvelle particule d’échange avec les particules du modèle standard. Une optimisation supplémentaire peut multiplier par huit la sensibilité expérimentale à une interaction exotique spéciale. Cela permet d’utiliser l’instrument très sensible SAPPHIRE pour explorer et étudier une nouvelle physique avec des bosons Z’ potentiels.
