Schéma d’artiste montrant comment Lunar Prospector a fourni des données pour estimer la durée de vie des neutrons. Les rayons cosmiques frappant la surface de la lune éjectent des neutrons qui s’envolent progressivement dans l’espace. Au fur et à mesure que les neutrons se déplacent vers des altitudes plus élevées, plus de temps passe et plus de neutrons se désintègrent radioactivement. Lunar Prospector a compté le nombre de neutrons à différentes altitudes, permettant aux scientifiques de comparer le nombre de neutrons à différentes altitudes. À l’aide de modèles, les chercheurs pourraient alors estimer la durée de vie des neutrons. Crédit : JHU / APL
Une anomalie de modèle standard 5-Sigma est possible
L’une des meilleures chances de prouver une physique au-delà du modèle standard repose sur ce qu’on appelle la matrice Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM). Le modèle standard insiste sur le fait que la matrice CKM, qui décrit le mélange des quarks, doit être unitaire. Mais de plus en plus de preuves suggèrent que pendant certaines formes de désintégration radioactive, l’unitarité de la matrice CKM pourrait se briser.
Lors de la réunion d’automne 2021 de la Division de physique nucléaire de l’APS, des chercheurs discutent de la façon dont un Nasa mission lunaire et des progrès théoriques majeurs pourraient aider à casser le modèle standard.
La durée de vie des neutrons libres joue un rôle important dans le test de l’unitarité de la matrice CKM. Cependant, deux méthodes prédominantes pour le mesurer s’opposent gravement. Jack Wilson et une équipe du Johns Hopkins Applied Physics Laboratory et de l’Université de Durham ont donc décidé de sortir des sentiers battus en allant dans l’espace.
S’appuyant sur les données de la mission Lunar Prospector de la NASA, qui a envoyé un vaisseau spatial en orbite autour de la lune, les scientifiques ont effectué la deuxième mesure de la durée de vie des neutrons gratuits depuis l’espace. Ils ont réduit l’incertitude d’un ordre de grandeur.
« Notre résultat ouvre une troisième voie pour mesurer la durée de vie des neutrons. L’utilisation de cette technique dans une mission dédiée pourrait mettre un terme à un casse-tête de plusieurs décennies en physique fondamentale », a déclaré Wilson, qui a partagé les résultats lors de la réunion.
Une publication parut le même jour de Examen physique C.
Les valeurs des éléments de matrice CKM Vud et Vus obtenues à partir de différentes expériences de désintégration bêta, par rapport à l’exigence d’unitarité du modèle standard. Crédit : Chien Yeah Seng
En fin de compte, briser l’unitarité de la matrice CKM – et trouver une physique au-delà du modèle standard – exigerait un écart plus important entre la théorie et l’expérience. L’examen le plus récent du domaine a mesuré le désaccord à environ trois sigma.
« Le niveau significatif actuel des anomalies observées n’est pas encore suffisant pour déclarer une découverte. Le principal facteur limitant est le niveau de précision des entrées de la théorie du modèle standard », a déclaré Chien Yeah Seng, chercheur postdoctoral à l’Université de Bonn.
Lors de la réunion, Seng partagera l’histoire derrière la recherche théorique qui a révélé cet indice de nouvelle physique et discutera des progrès réalisés pour rendre le côté théorie plus précis.
Son collaborateur Luchang Jin, professeur à l’Université du Connecticut et l’un des pionniers théoriques à l’origine du récent muon g–2 calculs, présente recherche récente affiner un élément théorique clé. L’étude réduit considérablement les incertitudes dans les constantes de basse énergie utilisées pour les calculs théoriques.
Seng tracera la voie à suivre pour trouver un écart cinq sigma, y compris les travaux de Jin sur les corrections radiatives, les corrections de rupture d’isospin et les corrections de structure nucléaire. Il prédit que nous pourrions voir une percée même dans les prochaines années.
Référence : “Measurement of the free neutron life using the neutron spectrometer on NASA’s Lunar Prospector mission” par Jack T. Wilson, David J. Lawrence, Patrick N. Peplowski, Vincent R. Eke et Jacob A. Kegerreis, 13 octobre 2021, Examen physique C.
DOI: 10.1103/PhysRevC.104.045501
