Des physiciens ont effectué une mesure améliorée de la durée de vie des neutrons libres à l’aide de l’appareil UCNτ du Centre scientifique neutronique de Los Alamos. Leurs résultats, publiés dans la revue Physical Review Lettersreprésentent une amélioration de plus de deux fois par rapport aux mesures précédentes.
Gonzalez et al. rapportent une mesure améliorée de la durée de vie des neutrons libres. Crédit image : Tomislav Jakupec.
“Ce travail établit un nouveau standard d’or pour une mesure qui a une importance fondamentale pour des questions telles que les abondances relatives des éléments créés au début de l’Univers”, a déclaré le Dr David Baxter, directeur du département de physique de l’Université d’Indiana Bloomington.
“Le processus par lequel un neutron se désintègre en un proton – avec l’émission d’un électron léger et d’un neutrino presque sans masse – est l’un des processus les plus fascinants que connaissent les physiciens”, a ajouté le Dr Daniel Salvat, également du département de physique de l’université d’Indiana à Bloomington.
“L’effort pour mesurer cette valeur de façon très précise est significatif car la compréhension de la durée de vie précise du neutron peut nous éclairer sur la façon dont l’Univers s’est développé – ainsi que permettre aux physiciens de découvrir des failles dans notre modèle de l’Univers subatomique que nous savons exister mais que personne n’a encore pu trouver.”
L’expérience UCNτ capture des neutrons, dont la température est abaissée à un niveau proche du zéro absolu, à l’intérieur d’une ” baignoire ” garnie d’environ 4 000 aimants.
Après 30 à 90 minutes d’attente, les physiciens comptent les neutrons survivants dans la baignoire car ils sont mis en lévitation contre la gravité par la force des aimants.
La conception unique du piège UCNτ permet aux neutrons de rester stockés pendant plus de 11 jours, une durée beaucoup plus longue que les conceptions précédentes, minimisant ainsi le besoin de corrections systématiques qui pourraient fausser les résultats des mesures de durée de vie.
En deux ans, les auteurs ont compté 38 millions de neutrons capturés par cette méthode.
Leur expérience a donné une valeur pour la durée de vie des neutrons libres de 877,75 secondes.
“Les résultats aideront les physiciens à confirmer ou à infirmer la validité de la matrice Cabibbo-Kobayashi-Maskawa, qui concerne les particules subatomiques appelées quarks et joue un rôle important dans le modèle standard largement accepté de la physique des particules”, a déclaré le Dr Salvat.
“Il aidera également les physiciens à comprendre le rôle potentiel que de nouvelles idées en physique, telles que les neutrons se désintégrant en matière noire, peuvent jouer dans l’évolution des théories sur l’Univers, ainsi qu’à expliquer éventuellement comment les premiers noyaux atomiques se sont formés.”
“Le modèle sous-jacent expliquant la désintégration des neutrons implique que les quarks changent d’identité, mais des calculs récemment améliorés suggèrent que ce processus pourrait ne pas se produire comme prévu précédemment”, a-t-il ajouté.
“Notre nouvelle mesure de la durée de vie des neutrons fournira une évaluation indépendante pour régler cette question, ou fournira des preuves très recherchées de la découverte d’une nouvelle physique.”
