A la recherche de nouvelles forces et interactions au-delà du Modèle Standard, une équipe internationale de chercheurs comprend le PRISMA+ Le cluster d’excellence de l’Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) et de l’Institut Helmholtz de Mayence a maintenant fait un pas en avant positif. Des chercheurs, dont le professeur Dr. Dmitry Budker, eux, utilisent une méthode de développement basée sur la résonance magnétique nucléaire. Dans leur travail récemment publié dans Les scientifiques progressent, ils utilisent leur ensemble expérimental pour étudier une autre interaction externe entre les spins : l’interaction de rupture d’interaction est médiée par une nouvelle particule d’échange théorique, appelée le boson Z’, qui existe en plus du boson Z pour médier l’interaction faible dans le standard maquette. . Dans la configuration moderne, ils n’ont pas pu voir cette pièce, mais ils ont pu augmenter la sensibilité de cinq ordres de grandeur par rapport aux mesures précédentes. Cela permet de contraindre la force du nouvel échange d’échange avec des parties du modèle standard qui sont cohérentes avec l’analyse astrophysique et d’ouvrir une zone auparavant inaccessible.
De nombreuses théories prédisent l’existence d’interactions externes en dehors du modèle standard. Elle diffère des quatre interactions connues et est médiée par des fragments d’échange jusqu’alors inconnus. En particulier, l’interaction de rupture de parité, c’est-à-dire où la symétrie miroir est brisée, est actuellement d’un intérêt particulier. D’une part, parce que cela montrerait alors le type réel de nouvelle physique auquel nous avons affaire, et d’autre part, parce que leurs résultats sont faciles à séparer des faux résultats systématiques, qui ne montrent généralement pas de rupture de symétrie. “Dans cet article, nous examinons de près de telles interactions entre les spins des électrons et les spins des neutrons, médiés par l’hypothèse Z’boson. Dans un monde en miroir, cette interaction conduirait à un autre résultat ; les différences sont brisées 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 ajustée, créant ainsi un champ exotique qui est vu comme un champ magnétique et peut être mesuré à l’aide d’un capteur. . Dans un monde en miroir, le champ exotique ne pointerait pas dans la même direction que celle à laquelle on s’attendrait dans une image miroir “réelle”, mais dans la direction opposée : l’équilibre de cette interaction est violé.
SAPHIR – une nouvelle pierre à la recherche d’une nouvelle physique
“Spin Amplifier for Particle PHysIcs REsearch” – SAPPHIRE en abrégé – est le nom que les chercheurs ont donné à leur configuration, basée sur les deux éléments rubidium et xénon. Ils ont déjà utilisé cette méthode sous une forme similaire pour trouver d’autres associations mystérieuses et des champs de matière noire.
En particulier, pour tenter de trouver des interactions spin-spin exotiques, deux chambres remplies de vapeur de l’un des deux éléments ont été placées à proximité : “Dans nos expériences, nous utilisons les spins des électrons polarisés de l’atome de rubidium-87. comme source de spin et les spins de neutrons polarisés du gaz rare xénon, ou plus précisément de l’isotope xénon-129, comme capteur de spin », explique Dmitry Budker.
Le fait est que la forme spéciale et les atomes de xénon polarisés dans le capteur de spin améliorent initialement le champ créé dans la source de rubidium : ainsi, l’effet causé par le champ exotique potentiel serait un facteur 200 supérieur. Maintenant, le principe de la résonance magnétique nucléaire commence à fonctionner, c’est-à-dire le fait que les spins nucléaires réagissent aux champs magnétiques qui tournent à une certaine fréquence de résonance. Des atomes de rubidium-87 sont également présents en petite quantité dans la cellule du capteur à cet effet. Ils agiront comme un magnétomètre très sensible pour déterminer la force du signal de résonance.
L’apparition d’une telle valeur aberrante dans la bonne gamme de fréquences serait alors le signe de la nouvelle interaction que nous recherchons. Certains aspects importants de l’expérience garantissent que la configuration est plus ciblée sur la population d’intérêt et moins sur les faux résultats d’autres champs magnétiques qui surviennent également dans l’expérience.
“Dans l’ensemble, il s’agit d’une solution complexe qui a nécessité une conception et une coordination minutieuses. C’est très gratifiant de travailler sur de tels problèmes et c’est intéressant avec nos partenaires de longue date de l’Université des sciences et technologies (USTC) de Hefei. , La Chine a mené l’expérience », rapporte Dmitry Budker.
Après la preuve de principe réussie, les scientifiques ont commencé la première série de tests pour trouver l’interaction parfaite. Bien qu’ils n’aient pas été en mesure de trouver un signal cohérent après 24 heures de mesure, l’augmentation de cinq ordres de grandeur de la sensibilité leur a permis de mettre des contraintes sur la force du nouvel échange avec des parties du modèle standard. Une optimisation supplémentaire peut même améliorer la compétence expérimentale en une interaction unique de huit ordres de grandeur. Cela permet d’utiliser le dispositif très sensible SAPPHIRE pour découvrir et étudier une nouvelle physique avec des bosons Z’ potentiels.
