A la recherche de nouvelles forces et interactions au-delà du Modèle Standard, un groupe international de chercheurs dont PRISMA+ L’Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) et le cluster Mayence de l’Institut Helmholtz ont maintenant fait un pas en avant. Les chercheurs, dont le professeur Dr Dimitri Budker, utilisent une technique d’amélioration basée sur la résonance magnétique nucléaire. Dans leur travail récemment publié Les scientifiques progressent, ils utilisent leur montage expérimental pour étudier une interaction externe particulière entre les spins : l’interaction violant la parité est médiée par une nouvelle particule d’échange hypothétique, appelée boson Z’, qui existe en plus du boson Z dans le standard. Le modèle médiatise la interaction faible. . Dans la configuration actuelle, ils n’ont pas pu détecter cette particule, mais ils ont pu augmenter la sensibilité de cinq ordres de grandeur par rapport aux mesures précédentes. Cela permet d’établir des contraintes sur la force d’interaction des nouvelles particules d’échange avec les particules du Modèle Standard qui sont complémentaires aux observations astrophysiques et ouvrent des territoires auparavant inaccessibles.
De nombreuses théories prédisent l’existence d’interactions externes en dehors 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 où l’équilibre de l’image est rompu, présentent actuellement un intérêt particulier. D’une part, parce qu’elle indiquera immédiatement le type spécial de nouvelle physique dont nous avons affaire, et d’autre part, parce qu’il est facile de séparer leurs effets des faux effets systématiques, qui sont généralement ceux de Smith. “Dans cet article, nous examinons de plus près une interaction entre les spins des électrons et les spins des neutrons, médiée par un hypothétique boson Z’. Dans un monde réactif, cette interaction conduirait à un résultat différent ; ici, l’équation est piétinée, ” raconte Dimitri Budkar.
Ce “résultat” ressemble à ceci : les spins des électrons dans une source sont tous alignés dans une direction, c’est-à-dire polarisés, et la polarisation est continuellement modifiée, créant ainsi un champ externe qui est le champ magnétique connu et mesurable. capteur Dans le monde miroir, le champ externe ne pointera pas dans la même direction que celle à laquelle on s’attendrait dans une image miroir “réelle”, mais dans la direction opposée : cette équation d’interaction est violée.
Sapphire – Un nouveau joyau à la recherche d’une nouvelle physique
“Amplificateur de spin pour la recherche en physique des particules” – 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 technique pour rechercher d’autres exoplanètes et régions de matière noire dans la même forme.
Plus précisément, dans une recherche expérimentale d’interactions spin-spin externes, deux chambres remplies de vapeur de l’un des deux éléments sont placées l’une à côté de l’autre : « Dans notre expérience, nous avons des atomes de rubidium-87 de « Nous utilisons des spins d’électrons polarisés comme source de spin et les spins de neutrons polarisés du gaz noble xénon, ou plus précisément de l’isotope xénon-129, comme capteur de spin », explique Dimitri Budker.
L’astuce est que la structure et la polarité uniques des atomes de xénon dans le capteur de spin amplifient le champ initialement créé dans la source de rubidium : ainsi, l’effet potentiel créé par le champ externe sera multiplié par 200. Maintenant, le principe de la résonance magnétique nucléaire entre en jeu, c’est-à-dire le fait que les spins nucléaires réagissent avec des champs magnétiques qui vibrent 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. Ils agissent à leur tour comme des magnétomètres très sensibles pour déterminer la force du signal d’écho.
La détection d’un tel champ externe dans la bonne gamme de fréquences serait alors révélatrice de la nouvelle interaction que nous recherchons. Des détails expérimentaux plus spécifiques garantissent que la configuration est particulièrement sensible dans la gamme de fréquences d’intérêt et moins sensible aux effets parasites d’autres champs magnétiques qui se produisent également dans l’expérience.
“Dans l’ensemble, il s’agit d’une configuration très complexe qui nécessite une conception et un étalonnage minutieux. L’Université des sciences et technologies (USTC) de Hefei, ainsi que nos collaborateurs de longue date, travaillent sur des problèmes aussi difficiles qu’intéressants. Il est très utile de travail., la Chine, qui a été l’hôte de l’expérience », rapporte Dmitry Budkar.
Après une preuve de principe réussie, les scientifiques ont commencé la première série de mesures pour rechercher des interactions externes. Bien qu’ils soient toujours incapables de détecter le même signal après 24 heures de mesure, l’augmentation de cinq ordres de grandeur de la sensibilité leur a permis de faire des contraintes sur la force de l’interaction de la nouvelle particule d’échange avec les particules modèles standard. Une optimisation supplémentaire peut même améliorer la sensibilité expérimentale à une interaction externe spécifique de huit autres ordres de grandeur. Cela permet d’utiliser l’instrument très sensible SAPPHIRE pour découvrir et étudier une nouvelle physique avec des bosons Z potentiels.
