Le moment magnétique du neutron mesuré grâce à des neutrons ultrafroids
Trente-cinq ans après la dernière mesure, les chercheurs de la collaboration internationale nEDM, dont des équipes CNRS, ont mesuré avec précision le magnétisme des neutrons auprès de la source de neutrons ultrafroids de l’Institut Paul Scherrer (PSI), en Suisse. Il s’agit de la première mesure du moment magnétique du neutron utilisant les neutrons ultrafroids. L’objectif est de définir les propriétés fondamentales du neutron, son moment magnétique, mais également son moment électrique, pour une meilleure compréhension de l’asymétrie entre la matière et l’antimatière. Ces résultats ont fait l’objet d’une publication dans Physics Letters B, le 30 octobre 2014.
Chambre de stockage des neutrons ultra froids de l’expérience nEDM
Crédit : nEDM@PS
Les neutrons et protons, constituants des noyaux atomiques, possèdent un moment magnétique. C’est ce magnétisme qui est notamment à l’œuvre dans la technique d’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM). Le moment magnétique du proton et du neutron sont considérés comme des constantes fondamentales. Celui du neutron n’avait été déterminé avec précision – c’est-à-dire avec au moins six chiffres significatifs – que par une seule expérience utilisant un faisceau de neutrons produit à l’Institut Laue-Langevin de Grenoble, en 1979.
Les chercheurs de la collaboration nEDM ont, quant à eux, exploité la source de neutrons ultrafroids du PSI. Les neutrons sont produits avec un faisceau intense de protons bombardant une cible de plomb. Les neutrons issus de ce processus de spallation sont ensuite ralentis dans un glaçon de deutérium, devenant ultrafroids. A une vitesse inférieure à 5 m/s, ils ont alors la propriété de pouvoir être stockés dans des pièges matériels pendant plusieurs minutes. Durant leur stockage, ils sont soumis à un champ magnétique très stable et très homogène. Une procédure de résonance magnétique, la méthode des champs oscillant séparés de Ramsey, est appliquée pour mesurer la fréquence de précession(1) (de l’ordre de 30 Hertz) du moment magnétique autour du champ magnétique. La précision obtenue par cette méthode est de quelques micro-Hertz. La valeur du moment magnétique du neutron extraite de cette expérience confirme la valeur de 1979.
Valeur du moment magnétique du neutron
L’utilisation des neutrons ultrafroids permettra d’améliorer la mesure du moment dipolaire électrique du neutron. Les mesures existantes – dont la dernière date de 2006 – sont compatibles avec zéro, c’est-à-dire qu’aucune influence du champ électrique sur le moment magnétique des neutrons n’est détectée. Une mesure améliorée pourrait révéler une valeur non nulle, ce qui aurait des implications profondes sur notre compréhension de l’asymétrie entre la matière et l’antimatière.
Laboratoires français de la collaboration :
- Centre de sciences nucléaires et de sciences de la matière – CSNSM (CNRS / Université Paris Sud),
- Institut Laue–Langevin,
- Laboratoire de physique corpusculaire de Caen – LPC Caen (CNRS / Université de Caen Basse Normandie / ENSICAEN),
- Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie – LPSC (CNRS / Université Joseph Fourier / Institut National Polytechnique de Grenoble).
Note:
(1) La précession correspond au mouvement de rotation de l'aimantation du neutron induit par le champ magnétique.
Voir l’intégralité de la publication : http://arxiv.org/abs/1410.8259
